涡轮叶身/端壁融合技术的气动传热机制研究

摘要

世界经济的迅速增长和当下的环保意识的不断提高，导致对燃气轮机的性能要求的不断提高。在这种背景下，对燃气轮机的热效率提出了更高的要求。控制涡轮端区热负荷的有效方法之一是通过优化端区几何造型来控制端区二次流动，从而达到控制端区热负荷的目的。在压气机中的应用中，叶身/端壁融合技术已经被证实能够有效的控制角区分离，减少相应的气动损失。
　　现代燃机高压涡轮的具有气热负荷高、大子午扩端壁等特点，导致端壁附近的二次流动非常地强烈，这对于叶片的气动效率和端壁的冷却效果都有很大影响。本研究对叶身/端壁融合技术在高负荷涡轮气动设计中的适应性问题的进行了研究。通过对E3模型高压涡轮第一级导叶进行叶身/端壁两面角设计，验证了叶身/端壁融合技术在高负荷涡轮上的有效性，计算结果表明:通过使用叶身/端壁融合设计技术，相对于于原型设计，高压涡轮的总压损失系数下降了约0.7％，叶栅损失系数降低了约2.45％。
　　本研究还对叶身/端壁融合技术在工程实际设计中的应用和效果进行了分析。使用前面叶身/端壁融合技术应用中所获得设计方法及修正经验，对某型船用燃气轮机高压涡轮第一级导叶进行叶身/端壁融合的优化设计。经过端区流动的优化设计，有效地减少了该涡轮导叶的端壁损失，进一步丰富叶身融合技术的设计经验。
　　最后本研究分析了叶身/端壁融合技术对于端壁热负荷和冷却设计的影响。结合上面对某型船用燃气轮机高压涡轮叶身端壁融合设计结果，通过分析叶身端壁融合对于端壁热负荷和综合冷却效果的影响，发现叶身/端壁融合对于叶片表面和端壁表面的热负荷分布的影响较小，对于气冷效果的影响也比较小。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1技术背景及研究意义

1．2端区流动控制机理研究

1．3端区流动控制技术研究现状

1．4端区气热耦合概述

1．5本文的主要工作

第2章二次流动的数值计算方法

2．1引言

2．2二面角原理简介

2．3数值方法

2．3．1控制方程

2．3．2网格生成

2．3．3湍流模型

2．4软件介绍

2．4．1前处理软件

2．4．2求解器软件

2．4．3后处理软件

2．5本章小结

第3章叶身／端壁融合设计方法的机理研究

3．1引言

3．2叶身／端壁融合设计方法

3．3数值计算

3．3．1参数定义

3．3．2计算网格和边界条件

3．4计算结果及分析

3．4．1叶身／端壁融合和等效倒角对导叶总体性能的影响

3．4．2叶身／端壁融合和等效倒角对前缘马蹄涡的影响

3．4．3叶身／端壁融合和等效倒角对通道涡的影响

3．4．4叶身／端壁融合和等效倒角对尾缘损失的影响

3．5本章小结

第4章某型燃机高压涡轮导叶叶身／端壁融合优化设计

4．1引言

4．2几何模型和叶身／端壁融合设计

4．2．1几何模型

4．2．2叶身／端壁融合设计

4．3数值计算

4．4计算结果及分析

4．5本章小结

第5章叶身／端壁融合优化对于某型燃机气冷设计的影响

5．1引言

5．2．1几何模型

5．2．3叶身／端壁融合设计

5．3数值计算

5．4计算结果及分析

5．5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢