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(jìn)口燃?xì)鉁囟冗M(jìn)而提高燃?xì)廨啓C(jī)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(qiáng)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(jì)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(jìn)行了流熱固耦合傳熱的數(shù)值研究。
　　本文首先對11個(gè)簡化交叉肋模型在5個(gè)不同工況下進(jìn)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(dòng)阻力系數(shù)增大,綜合換熱效果增強(qiáng);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(gè)模型中,肋片傾斜角為15°時(shí)的綜合強(qiáng)化換熱性能最好。同時(shí)在上述常規(guī)交叉肋的基礎(chǔ)上,研究分析了當(dāng)上下層肋片間存在正、負(fù)間隙時(shí)對交叉肋通道的換熱與流阻特性的影響。結(jié)果表明當(dāng)上下層肋片間存在負(fù)間隙時(shí),通道的平均努賽爾數(shù)小幅增加,流動(dòng)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(dòng)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(xiàn)中的數(shù)值模擬數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共同作為數(shù)據(jù)集進(jìn)行了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測研究,詳細(xì)分析預(yù)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(gè)具有復(fù)合交叉肋內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的渦輪葉片進(jìn)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(gè)不同內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的模擬模型

4、,詳細(xì)分析了不同肋寬、肋間距及肋片布置形式對實(shí)際葉片流動(dòng)和換熱特性的影響。結(jié)果表明當(dāng)葉片內(nèi)部采用復(fù)合交叉肋冷卻結(jié)構(gòu)后,葉片表面溫度分布較為均勻;當(dāng)上下層肋片間沒有間隙直接接觸時(shí),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(dāng)復(fù)合交叉肋冷卻葉片內(nèi)部上下側(cè)存在正間隙時(shí)或者減少復(fù)合交叉肋壓力面的肋片數(shù)量后,不但冷卻效果較好,同時(shí)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