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《哈尔滨工业大学》 2010年
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某燃气涡轮第二级叶片冷却结构设计及气热耦合数值研究

冯宇  
【摘要】:燃气轮机广泛的应用于航空推进器、陆用发电和船舶等领域,在国民经济的发展中起着非常重要的作用,已成为一个国家科技水平、军事实力和综合国力的重要标志之一。随着航空工业的迅速发展,人们对涡轮性能提出了更高的要求,满足这一要求最有效的途径就是提高涡轮进口燃气温度。然而燃气温度的提高已大大超过了叶片材料的承受能力,因此设计有效的涡轮冷却结构,提高冷却效率已成为目前涡轮设计者们共同的课题。本文的主要工作是针对某型燃气轮机第二级叶栅的热负荷特点,设计了该级动静叶的叶栅冷却结构,并通过气热耦合数值模拟,对所设计的叶栅冷却结构进行了流动与传热分析。 用于计算的叶片冷却结构为:第二级静叶,前缘及中弦区设计了冲击冷却的方式,尾缘处热负荷较大,局部温度很高,因此开展了劈缝,针形孔的冷却方式的比较研究。动叶部分采用了强化对流换热的方式,沿径向设计了突扩突缩通道、光滑通道。文中对计算结果进行了处理,对冷却方案的温度场、流场、压力、换热系数进行了较为详细地分析。计算结果表明:使用冲击冷却加针形孔的冷却结构能够满足静叶的冷却要求,同时在尾缘部分使用针形孔的冷却效率要大于劈缝;动叶部分使用突扩突缩管道能满足冷却要求,并且由于突扩突缩通道局部扰流作用,使得它的冷却效率大于光滑管道。 此外,为了在兼顾冷却效率的情况下,减小冷气掺混所带来的损失,使两者达到最佳的配合,从而对冷却流量变化情况下的静叶及动叶冷却结构进行了计算,得到了冷气与主流相互作用的流动特点和叶片温度场分布特点,探讨了冷却流量变化对流场结构、叶片冷却效果的影响。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TK47

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【参考文献】
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