燃氣輪機作為一款高性能、先進功能轉(zhuǎn)換機械,其使用領域廣泛(覆蓋軍用動力和民用功能領域)、戰(zhàn)略意義重大。提升燃機性能勢必意味著其渦輪入口溫度與相應位置葉片熱負荷的不斷增加。在此前提下,渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)設計成為了燃機研發(fā)工作的重要內(nèi)容。管道網(wǎng)絡法是一種一維數(shù)值模擬方法,能通過將冷卻流路進行降維簡化并求解得到全網(wǎng)的流動、傳熱信息,因此在帶冷卻葉片的傳熱分析中應用廣泛。內(nèi)部帶肋流道以及氣膜冷卻均為高度成熟的葉片冷卻技術,其在葉片冷卻結(jié)構(gòu)選型、設計流程中的重要性不言而喻。本文開發(fā)了一套以管網(wǎng)計算原理為基礎的葉片內(nèi)部冷卻分析程序;并以Mark II葉片為對象進行了計算,分析結(jié)果取得了比同類型算法更接近三維模擬的結(jié)果;然后,利用scheme腳本構(gòu)建了一維管網(wǎng)程序和三維分析軟件FLUENT的耦合算法,并在同條件下計算得到了與三維模擬相近的計算結(jié)果;最后,利用驗證后的耦合算法分別對設計改型后的Mark Ⅱ葉片帶肋流道方案以及帶氣膜孔方案進行了傳熱分析。分析發(fā)現(xiàn)同耗氣量條件下,肋結(jié)構(gòu)方案與帶氣膜孔方案分別使其影響范圍內(nèi)的葉片表面溫度下降40K和30K,冷卻效果明顯。 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外相關內(nèi)容研究進展
        1.2.1 管道網(wǎng)絡法的應用及求解方法發(fā)展
        1.2.2 葉片共軛傳熱問題的降維模擬方法
    1.3 本文研究內(nèi)容
2 管道網(wǎng)絡法計算程序算法介紹
    2.1 引言
    2.2 管道網(wǎng)絡模型的構(gòu)建
        2.2.1 流體網(wǎng)絡模型的離散
        2.2.2 節(jié)點與節(jié)點間節(jié)段間特征信息錄入以及相互關系
        2.2.3 邊界條件的確定
    2.3 控制方程及求解方法
        2.3.1 連續(xù)性方程
        2.3.2 動量方程
        2.3.3 能量方程
        2.3.4 計算程序?qū)Ω骺刂品匠痰那蠼夥椒?br>    2.4 物性參數(shù)計算
    2.5 各冷卻結(jié)構(gòu)的流阻、換熱系數(shù)計算
        2.5.1 光滑流道的流阻系數(shù)和傳熱系數(shù)計算關聯(lián)式介紹
        2.5.2 帶肋流道的流阻系數(shù)和傳熱系數(shù)計算關聯(lián)式介紹
        2.5.3 氣膜冷卻的有效區(qū)域內(nèi)流阻系數(shù)和傳熱系數(shù)計算關聯(lián)式介紹
    2.6 管道網(wǎng)絡計算程序總體計算流程
    2.7 本章小結(jié)
3 以Mark Ⅱ葉片為對象的管道網(wǎng)絡法驗證
    3.1 Mark Ⅱ葉片及其實驗條件介紹
        3.1.1 Mark Ⅱ葉片及葉柵通流區(qū)域介紹
        3.1.2 Mark Ⅱ葉片選用實驗工況介紹
    3.2 內(nèi)部冷卻流體模擬結(jié)果比較
    3.3 耦合算法計算結(jié)果對比分析
        3.3.1 耦合算法原理介紹
        3.3.2 FLUENT全三維模擬計算驗證
        3.3.3 耦合計算結(jié)果驗證
    3.4 本章小結(jié)
4 管道網(wǎng)絡算法在Mark Ⅱ葉片改型方案傳熱性能分析中的應用
    4.1 Mark Ⅱ葉片帶肋流道方案的冷卻性能分析
        4.1.1 肋結(jié)構(gòu)通道對葉片內(nèi)冷工質(zhì)傳熱性能影響分析
        4.1.2 帶肋流道對葉片整體溫度分布的影響
    4.2 Mark Ⅱ葉片氣膜改型方案的傳熱性能分析
        4.2.1 耦合算法中對氣膜冷卻的處理方法
        4.2.2 管網(wǎng)算法中對氣膜孔出流的流量修正
        4.2.3 氣膜冷卻對葉片表面溫度分布的影響分析
    4.3 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]非穩(wěn)態(tài)流體網(wǎng)絡方法在發(fā)動機空氣冷卻系統(tǒng)中的應用[J]. 侯升平,陶智,韓樹軍,丁水汀,徐國強,吳宏偉.  航空動力學報. 2009(03)
[2]流體網(wǎng)絡法在發(fā)動機空氣冷卻系統(tǒng)設計中的應用[J]. 陶智,侯升平,韓樹軍,丁水汀,徐國強,吳宏偉.  航空動力學報. 2009(01)
[3]氣膜孔出口覆蓋多孔介質(zhì)層對冷卻效果的影響[J]. 劉元清,姜培學,王揚平.  航空動力學報. 2008(03)
[4]大型燃氣渦輪葉片冷卻技術[J]. 張效偉,朱惠人.  熱能動力工程. 2008(01)
[5]航空發(fā)動機空氣系統(tǒng)特性的數(shù)值模擬[J]. 陸海鷹,楊燕生,王鳴.  航空發(fā)動機. 1997(01)

碩士論文
[1]管道網(wǎng)絡法在渦輪葉片傳熱設計中的應用研究[D]. 劉維.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[2]采用管道網(wǎng)絡法的燃氣渦輪冷卻結(jié)構(gòu)氣熱耦合數(shù)值研究[D]. 劉明林.哈爾濱工業(yè)大學 2012



本文編號：2909862