渦輪葉片交叉肋內(nèi)部冷卻的數(shù)值研究.pdf

1、渦輪葉片的冷卻對提高渦輪進口燃氣溫度進而提高燃氣輪機的功率和效率至關(guān)重要,而交叉肋內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)以其極強的換熱冷卻效果逐漸受到關(guān)注。本文的工作是利用商業(yè)計算軟件CFX對某渦輪葉片中使用的交叉肋內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)以及完整的氣冷渦輪葉片進行了流熱固耦合傳熱的數(shù)值研究。
　　本文首先對11個簡化交叉肋模型在5個不同工況下進行數(shù)值模擬,研究了肋寬、肋間距以及肋片傾斜角對交叉肋通道的換熱與流阻特性的影響。研究結(jié)果表明隨著肋間距的減小,通道的平均努賽

2、爾數(shù)和流動阻力系數(shù)增大,綜合換熱效果增強;隨著肋寬的增大,通道的平均努賽爾數(shù)和流阻系數(shù)也隨之增大;在肋片傾斜角為15°、30°、45°的三個模型中,肋片傾斜角為15°時的綜合強化換熱性能最好。同時在上述常規(guī)交叉肋的基礎(chǔ)上,研究分析了當上下層肋片間存在正、負間隙時對交叉肋通道的換熱與流阻特性的影響。結(jié)果表明當上下層肋片間存在負間隙時,通道的平均努賽爾數(shù)小幅增加,流動阻力系數(shù)明顯增大,綜合換熱效果大幅度減弱;上下子通道間的正間隙對通道的換熱

3、情況影響較大,間隙值越大,通道的平均努賽爾數(shù)越差,流動阻力系數(shù)越小,綜合換熱情況越好。此外還將上述數(shù)值模擬結(jié)果和參考文獻中的數(shù)值模擬數(shù)據(jù)及實驗數(shù)據(jù)共同作為數(shù)據(jù)集進行了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預測研究,詳細分析預測了交叉肋冷卻通道的氣冷效率在不同肋幾何參數(shù)下的近似大小值。
　　本文最后通過流固傳熱耦合方法對一個具有復合交叉肋內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的渦輪葉片進行了數(shù)值模擬研究。通過改變45度交叉肋的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)及上下側(cè)肋片布置形式,獲得了多個不同內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的模擬模型

4、,詳細分析了不同肋寬、肋間距及肋片布置形式對實際葉片流動和換熱特性的影響。結(jié)果表明當葉片內(nèi)部采用復合交叉肋冷卻結(jié)構(gòu)后,葉片表面溫度分布較為均勻;當上下層肋片間沒有間隙直接接觸時,不同肋寬、肋間距下葉片表面溫度分布情況大致相同,冷卻效果相差不大。
　　當復合交叉肋冷卻葉片內(nèi)部上下側(cè)存在正間隙時或者減少復合交叉肋壓力面的肋片數(shù)量后,不但冷卻效果較好,同時可以大大的降低葉片的加工難度和制造成本。本文對比分析了各種不同內(nèi)冷結(jié)構(gòu)葉片的冷卻效