收藏本站
《中国科学院研究生院(工程热物理研究所)》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

燃气轮机透平导叶闭式蒸汽冷却研究

胡捷  
【摘要】: 燃气轮机广泛用于航空推进、地面工业发电等能源动力领域,在国民经济与国防建设中的作用日显重要。透平进口温度的提高是改善燃气轮机热效率的有效手段,因受到部件材料高温性能的限制,研究和发展先进的燃气轮机冷却技术,降低高温部件工作温度是改进燃气轮机经济性与安全性的重要保障。 透平叶片冷却技术作为燃气轮机的关键技术之一受到国内外研究者的广泛关注,多年来的实验及数值研究工作积累了大量的经验。就目前应用的空气冷却技术而言,已经发展得较为完善,可使发动机涡轮进口温度达到1700℃以上,地面重型燃气轮机透平进口温度也达到1400℃左右。然而随着透平进口温度的提高,用于冷却透平的空气用量也不断增加,对燃气轮机比功和循环效率带来不利影响,部分抵消了提高透平前燃气温度所带来的在效率方面的收益。因此提出一种既能有效保护叶片又能不减少做功能力和循环效率的冷却技术尤为重要。 闭式蒸汽冷却技术是一种先进的冷却概念,在地面发电用联合循环机组中已经得到应用,其工作原理是利用联合循环中底层相对“较冷”的过热蒸汽直接冷却高温部件,通过闭式流路达到冷却的目的,吸收一定热量的蒸汽再进入底循环进行能量的回收。与常规的空气冷却技术相比,选择蒸汽作为冷却工质,大幅度减少了从压气机的冷却抽气量,闭式流路消除了局部冷气掺混的损失,因此对整个循环系统的性能有较大的提高。 叶片闭式蒸汽冷却技术是目前工业燃气轮机最先进的冷却技术之一,公开发表的相关文献不多,可供借鉴的设计方法也较少。本文依据成熟的气冷结构设计方法,对某型燃气轮机透平导叶气冷结构进行闭式蒸汽冷却改型设计,力图在相同的透平进口条件下,用闭式蒸汽冷却代替空气冷却,并满足冷却要求。为了实现这一目标,本文主要从以下几个方面开展了研究: 1.利用具有实验数据的MarkⅡ叶型算例,对气热耦合CFD方法进行了验证,并研究了气热耦合数值计算中湍流模型、网格密度等因素对计算结果的影响。 2.初步实现了闭式冷却结构,分析了闭式蒸汽冷却的冷却效果及损失,并与原开式空气冷却的结果进行了比较;对相同的闭式冷却结构,分别用空气和蒸汽作为冷却介质进行了计算,分析对比了两种冷却介质冷却效果的差异。 3.根据热负荷分布和叶型特点,在叶片不同部分布置相应的冷却结构,利用分区方法研究不同部分的冷却策略,提出了一组能满足各部分冷却要求的闭式冷却冷却。结合叶片各部分的冷却结构,并考虑上下端壁冷却的需要,最终将整个叶片冷却系统进行了集成。 4.利用气热—热弹耦合方法,研究了具有简单柱型孔冷却结构的透平叶片的复合应力分布,发现热应力是复合应力的主要组成部分,在叶片冷却结构设计中应着重考虑由温度梯度造成的局部热应力集中问题。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TK471

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 胡捷;刘建军;江友钿;;燃气轮机透平叶片气热耦合计算[J];航空动力学报;2011年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王湛;燃气透平叶片气膜冷却设计及多场耦合分析[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 李鹏;燃气透平动叶闭式蒸汽冷却方法研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2012年
2 奚忠;径流透平气动设计及优化方法研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2012年
3 孟再强;透平膨胀机叶轮流热固耦合数值模拟及分析[D];上海交通大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 周建兴,陶智,吴宏,丁水汀;涡轮叶片尾缘复合冷却通道换热的数值模拟[J];北京航空航天大学学报;2004年02期
2 姜澎;黄洪雁;冯国泰;;空气冷却涡轮叶片气热耦合数值计算[J];哈尔滨工业大学学报;2006年12期
3 戚磊,丁水汀,徐国强,陶智;带肋变截面回转通道内换热特性的实验研究[J];航空动力学报;2003年05期
4 李海滨,冯国泰;叶轮机械中的多场耦合分析技术[J];航空发动机;2002年02期
5 武新华,马晓峰;叶片热弹耦合场分析[J];汽轮机技术;2003年01期
6 衣立东;;750kV输变电工程关键技术及科研成果的应用分析[J];电网与水力发电进展;2007年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 杨凡;蒸汽冷却叶片的数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
2 陈凯;气冷涡轮气热耦合数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 叶继涛,谢安国,陈儿同;太阳能半导体制冷结露法空气取水器的研究[J];鞍山科技大学学报;2004年04期
2 何玉林;李胜利;徐博;;在线固溶条件下的输出辊道受热分析[J];鞍山科技大学学报;2005年06期
3 张明义,张建明,赖远明;青藏高原多年冻土区铁路路堤临界高度数值计算分析[J];冰川冻土;2004年03期
4 李康;王艳丽;许树勤;;热钢圆盘喷水冷却过程的温度场测量与模拟[J];兵器材料科学与工程;2006年04期
5 陈珏;SOl片内部缺陷的无损检测[J];半导体技术;1989年03期
6 王辉;王德宏;;半导体激光器焊接的热分析[J];微纳电子技术;2008年07期
7 黄华茂;黄德修;刘文;;Si基SiO_2波导芯层热应力的理论研究[J];半导体学报;2007年09期
8 赵昕;;燃气轮机低NO_X燃烧技术探讨[J];办公自动化;2011年18期
9 姬建荣;苏健军;李芝绒;王国庆;;WRe5/26热电偶对爆炸产物的热响应分析[J];火炸药学报;2008年01期
10 罗凌江;王能;;印制电路板的热设计[J];兵工自动化;2006年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 孙水孝;;炼轧厂炼钢工序转炉汽化系统改造设想[A];2011年全国冶金节能减排与低碳技术发展研讨会文集[C];2011年
2 宋小伟;孙斌煜;;双辊带材铸轧侧封技术中熔融钢液液面宽度对侧封板所受温度场和应力场的影响[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
3 李娟;凌祥;彭浩;;新型三角孔翅片对流传热及压降特性研究[A];全国第四届换热器学术会议论文集[C];2011年
4 李增扬;武卫东;刘四美;陈盛祥;丁澎;;旋转磁场下纳米磁流体强化氨水鼓泡吸收的实验研究[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
5 李树君;赵有斌;马季威;朱华;李惠;;真空加压浸糖工艺的试验研究[A];'96全国方便食品加工与包装技术交流会论文集[C];1996年
6 李德富;夏新林;黄伟成;;高压安全阀的动力学特性数值模拟[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第6册)[C];2009年
7 冯宝怀;毕东风;;浅析电除尘器保温对壳体强度的影响[A];第十届全国电除尘、第二届脱硫学术会议论文集[C];2003年
8 李海峰;;流量积算仪瞬时流量示值误差测量结果的不确定度评定[A];江苏省计量测试学术论文集[C];2007年
9 褚治德;诸凯;焦士龙;杨俊红;孟宪玲;;红外辐射与对流传热的节能减排研究[A];红外辐射与对流传热的节能减排研究——全国第十一届红外加热暨红外医学发展研讨会论文集[C];2007年
10 秦朝葵;李伟奇;谢卫华;;微燃机CCHP系统的热力学分析[A];中国土木工程学会燃气分会应用专业委员会2007年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 戴萍;气膜孔几何结构对涡轮叶片气膜冷却的影响研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 黄钰期;基于场协同原理的车用冷却系统流动传热耦合分析与结构优化[D];浙江大学;2010年
4 范菊莉;人血小板冷冻干燥保存工艺的优化研究[D];浙江大学;2009年
5 王晓东;透平机械内部复杂流动的数值模拟与叶片设计的鲁棒优化[D];华北电力大学(北京);2010年
6 宋文庆;层状金属复合板件等离子体弧柔性成形技术基础研究[D];大连理工大学;2011年
7 刘东;高热流密度微结构散热器换热特性的研究[D];中国科学技术大学;2011年
8 郭江峰;换热器的热力学分析与优化设计[D];山东大学;2011年
9 李东阳;冻土未冻水含量测试新方法的试验和理论研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
10 李鹏;反射面天线与高密度机箱的多场耦合分析与集成优化设计[D];西安电子科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 裘杰;加氢空冷系统氯化铵沉积机理及多场耦合数值模拟[D];浙江理工大学;2010年
2 冯媛媛;热处理零件组织性能分布的计算机预测及其结构设计[D];山东农业大学;2010年
3 石帅;滑油冷却器强化传热及小型化技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 杨仁;化学回热循环与水系统仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王伟影;船用燃气轮机发电机组测控系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 王建清;船用间冷循环燃气轮机性能仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 王玲玲;基于FEM的二维FGM板平面热应力研究[D];河北工程大学;2010年
8 王双印;新型水喷射式减温减压装置的开发研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
9 王玉;M701F燃气—蒸汽联合循环机组运行方式优化[D];华南理工大学;2010年
10 罗华俊;中温对流条件下收缩性城市生活垃圾基元传热传质特性的研究[D];北京交通大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周文哲;杨策;陈山;施新;祁明旭;;径流式涡轮三维叶型优化设计[J];车辆与动力技术;2009年04期
2 孟春玲,吴斌,饶寿期;单晶叶片材料蠕变试验研究[J];北京航空航天大学学报;1998年01期
3 孟春玲,饶寿期;涡轮叶片蠕变寿命预测方法研究[J];北京工商大学学报(自然科学版);2002年02期
4 李爱兰,曾燮榕,曹腊梅,汤鑫,盖其东;航空发动机高温材料的研究现状[J];材料导报;2003年02期
5 王元清,武延民,石永久,王晓哲,张玉玲;低温对结构钢材主要力学性能影响的试验研究[J];铁道科学与工程学报;2005年01期
6 魏兵;王志伟;李莉;蒋露;;微型燃气轮机冷热电联供系统及其在国外的发展状况[J];电力需求侧管理;2006年06期
7 邓清华;倪平;丰镇平;;微型燃气轮机向心透平的性能试验[J];动力工程;2008年02期
8 张建可;;钢丝绳低温热膨胀系数试验方法研究[J];低温工程;2012年03期
9 黄书宝;江伟;林国庆;;微型燃气轮机发电的发展及其在福建的应用前景[J];电力与电工;2011年01期
10 邓清华;牛久芳;丰镇平;;叶轮顶部间隙对向心透平总体性能影响的研究[J];工程热物理学报;2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 崔尔杰;;流固耦合力学研究与应用进展[A];钱学森技术科学思想与力学论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 贺玉龙;三场耦合作用相关试验及耦合强度量化研究[D];西南交通大学;2003年
2 蒋康涛;低速轴流压气机旋转失速的数值模拟研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2004年
3 韩振兴;热敏液晶测温技术及其在平板气膜冷却实验中的应用[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2005年
4 郭涛;基于知识的透平膨胀机设计系统的研究与开发[D];浙江大学;2006年
5 苏生;复杂内冷透平动叶中流动与换热研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2008年
6 刘捷;透平静叶前缘气膜冷却特性的研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2008年
7 李佳;燃气轮机透平气膜冷却机理的实验与理论研究[D];清华大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 王宗鹏;基于有限体积法的液滴撞击固体平壁数值模拟[D];大连理工大学;2010年
2 张瑞琴;基于流固耦合的叶片气动弹性分析[D];南京航空航天大学;2009年
3 赖宇阳;叶片气动设计中组合优化方案的算法研究和系统实现[D];清华大学;2002年
4 张鹏刚;微型燃气轮机向心透平气动性能的数值研究[D];大连理工大学;2005年
5 李祖辉;大型透平膨胀机转子动力学分析及叶轮强度分析[D];浙江大学;2006年
6 刘润泽;透平叶片气动优化设计方法研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2009年
7 王毅;大流量离心压缩机首级叶轮流固耦合数值模拟[D];大连理工大学;2010年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 杨晓明;张丽;焦腾;朱惠人;;涡轮叶片三维温度场耦合计算[J];机械设计与制造;2012年08期
2 殷宇阳;王宏光;;进口温度不均匀对涡轮叶片热应力的影响[J];能源研究与信息;2014年02期
3 卢少鹏;迟重然;罗磊;蔡乐;王松涛;冯国泰;王仲奇;;气热耦合条件下涡轮静叶三维优化[J];推进技术;2014年03期
4 马超;黄名海;臧述升;;涡轮叶片在空气和蒸汽两种冷却介质下冷却性能的对比分析[J];热科学与技术;2014年02期
5 占丽媛;李玉华;姜玉雁;唐大伟;;燃气轮机涡轮导叶热管冷却效果对比研究[J];中国科学院大学学报;2014年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张梅灵;兆瓦级燃机高压级静叶流热固耦合数值研究[D];清华大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓宏武,陶智,徐国强,丁水汀;旋转状态下有转角带肋U形通道内换热实验研究[J];大连理工大学学报;2001年S1期
2 林汝谋,蔡睿贤,肖云汉,徐大懋;先进的燃煤联合循环发电技术[J];动力工程;1994年04期
3 丁新良;750kV电压等级是西北电网发展的必然选择[J];电网技术;2002年03期
4 衣立东;西北电网高一级电压等级论证工作回顾[J];电网技术;2002年03期
5 郑宝森,郭日彩;中国互联电网的发展[J];电网技术;2003年02期
6 衣立东;吕世荣;;750kV输变电示范工程施工关键技术的研究与应用[J];电网技术;2006年03期
7 严宗达,王晓华;矩形域平面应变问题的耦合热弹性分析[J];工程力学;1992年01期
8 颜培刚,王松涛,韩万金;涡轮叶栅双排孔气膜冷却数值模拟[J];工程热物理学报;2004年05期
9 刘江涛,吴海玲,陶涛,彭晓峰;斜孔气膜冷却数值模拟分析[J];工程热物理学报;2004年06期
10 安柏涛,刘建军,蒋洪德;空冷透平静叶气膜冷却数值研究[J];工程热物理学报;2005年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘润泽;张晓东;安柏涛;刘建军;;非均匀有理B样条曲线及节点插入算法在透平叶片优化设计中的应用[J];航空动力学报;2010年02期
2 鄂学全,邓素卿,郭绍岩,李堃;透平叶片冷却膜稳定性的实验研究[J];水动力学研究与进展;1987年04期
3 史进渊;透平叶片疲劳强度可靠性设计的研究[J];航空动力学报;1992年01期
4 鲁嘉华,凌志光;气固两相透平叶片冲蚀特性的气动试验研究[J];流体力学实验与测量;2003年02期
5 廖平;高晓毅;王建录;刘学云;;燃气轮机透平叶片几何形状重构技术研究[J];广西大学学报(自然科学版);2010年02期
6 王仲奇,韩万今,徐文远;低展弦比透平叶片弯曲方法研究[J];工程热物理学报;1995年01期
7 鲁嘉华,凌志光;基于冲蚀耦合的透平叶片自振频率修正模型[J];燃气轮机技术;2003年01期
8 白静;;透平叶片固有频率和振型的测试方法分析[J];新技术新工艺;2011年08期
9 徐亮;税琳棋;高建民;史晓军;王维;李小明;;透平叶片双工质冷却流量和流向的优化配置[J];西安交通大学学报;2012年05期
10 张洪;王建华;张清波;;透平叶片顶部间隙流动特性的实验和数值研究[J];实验流体力学;2012年03期
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘玉琴;“做最擅长的”成行业领头羊[N];新华日报;2008年
2 记者 江山;小叶片“寂寞长跑”挺进航空工业[N];无锡日报;2008年
3 席勋;无锡透平叶片挺进航空工业[N];江苏经济报;2008年
4 记者 姚小;化危为机,“小叶片”出口翻番[N];无锡日报;2009年
5 记者 姚小、实习生 杜衡;“透平叶片”高端市场觅得增长点[N];无锡日报;2011年
6 记者 刘纯 通讯员 胡学钧;锡企斩获航空巨头大单[N];无锡日报;2014年
7 郭俐君 崔菲 严盘成 严峻;无锡透平叶片:探索专业化发展的最佳模式[N];中国工业报;2008年
8 扬帆;国家发改委领导来锡考察[N];无锡日报;2006年
9 本报记者 严峻 严盘成 通讯员 胡学均 李晶晶;涉足航空领域 无锡透平叶片新项目奠基[N];中国工业报;2008年
10 叶盛;无锡透平叶片有限公司“管理年”大力抓降本[N];中国工业报;2012年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 张洪;燃气透平叶片冷却通道及叶顶间隙流动和换热研究[D];中国科学技术大学;2012年
2 陈伟;燃气轮机透平叶片内部冷却机理的实验与理论研究[D];清华大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 刘润泽;透平叶片气动优化设计方法研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2009年
2 高晓毅;燃气轮机透平叶片几何形状重构技术研究[D];中南大学;2010年
3 刘亚林;透平叶片顶部泄漏流和气膜冷却混合特性研究[D];中国科学技术大学;2010年
4 胡捷;燃气轮机透平导叶闭式蒸汽冷却研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026