蒸汽冷卻渦輪導向葉片流動與傳熱的數值模擬和分析.pdf

1、燃氣輪機渦輪葉片的蒸汽冷卻是20世紀70年代提出的一種新式冷卻方式。原理上采用蒸汽冷卻有兩個主要優(yōu)點：一個是，蒸汽的導熱性優(yōu)于空氣，可獲得更高的冷卻效率以保證葉片能承受更高的燃氣溫度；另一個是，蒸汽冷卻技術的應用可以避免或減少從壓氣機抽取冷卻空氣，從而增大燃氣渦輪工質流量，提高燃氣輪機效率；但蒸汽冷卻的一個缺點是需要配備一套專門的蒸汽發(fā)生設備，為此，這項技術主要用于地面發(fā)電用燃氣輪機。目前，GE和三菱等公司已經在其最新型的發(fā)電用燃氣輪機

2、中應用了蒸汽冷卻技術。國內直到上世紀90年代才出現了對蒸汽冷卻技術的研究，基礎比較薄弱，這在一定程度上制約了蒸汽冷卻技術的工程應用。本文采用流固耦合傳熱數值模擬的方法研究了某型地面發(fā)電用燃氣輪機第一級導向葉片的蒸汽冷卻特性。 首先，應用UG和GAMBIT軟件建立了渦輪導向葉片葉柵通道和內部冷卻通道的計算模型及其計算網格；其次，利用商業(yè)軟件FLUENT分別模擬了采用空氣冷卻和采用蒸汽冷卻的三種具有不同冷卻結構的導向葉片流動與傳熱特

3、性，這三種不同的冷卻結構分別是：（a）光滑內冷通道-尾緣劈縫復合冷卻結構；（b）光滑內冷通道-尾緣劈縫-氣膜復合冷卻結構；（c）沖擊-強化肋/柱-氣膜-尾緣劈縫復合冷卻結構；比較了兩種冷卻介質的冷卻效果，從機理上分析了蒸汽冷卻的優(yōu)越性；另外，研究了蒸汽物性和冷卻結構對葉片冷卻效果的影響。結果顯示，蒸汽冷卻的效果比空氣冷卻的效果好，利用蒸汽冷卻技術可以使冷卻結構簡單化。 最后，在總結本文研究結果的基礎上，對燃氣輪機蒸汽冷卻提出了一