渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)參數(shù)化及帶肋通道優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、渦輪作為燃?xì)廨啓C裝置的核心部件之一，對燃?xì)廨啓C的效率和功率起著決定性的作用。提高渦輪前燃?xì)鉁囟仁翘岣邷u輪效率、增加推重比的重要手段之一?，F(xiàn)代先進(jìn)燃?xì)鉁u輪多采用復(fù)合冷卻方式來對葉片進(jìn)行強化冷卻，以期提高渦輪前進(jìn)口溫度。因此，如何快速設(shè)計滿足要求的先進(jìn)的冷卻結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。
　　本文在總結(jié)國內(nèi)外渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)的 CFD數(shù)值計算和優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上，對國內(nèi)外的優(yōu)化研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)綜述。本文提出了一種新的渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路，實現(xiàn)了優(yōu)

2、化平臺的系統(tǒng)建立，即對冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化建模，網(wǎng)格的自動離散，確定尋優(yōu)目標(biāo)，選擇合適的優(yōu)化算法，用 CFD進(jìn)行流場計算和分析，對冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。從而最終提出了一種渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法。
　　本文在搭建優(yōu)化平臺的基礎(chǔ)上，對不同Re數(shù)下的矩形帶肋通道和U型帶肋通道的幾何參數(shù)（肋角度、肋間距）對換熱性能和流動損失的影響進(jìn)行尋優(yōu)計算，以期獲得最大的冷卻效率和最小的流動損失，然后分析流動的現(xiàn)象和機理，為以后的優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。<

3、br>　　本文給出幾何參數(shù)（肋角度、肋間距）對換熱性能和流動損失的影響的優(yōu)化結(jié)果和分析。矩形帶肋通道優(yōu)化結(jié)果，在雷諾數(shù)為10000條件下，肋角為48.5°和肋間距與肋高比為6.17時分別有最好的換熱性能；在雷諾數(shù)為30000條件下，肋角為50.32°和肋間距與肋高比為7.53時分別有最好的換熱性能；在不同雷諾數(shù)下，當(dāng)肋角接近30°和肋間距與肋高比接近6時時有最好的綜合熱性能。U型帶肋通道優(yōu)化結(jié)果，在雷諾數(shù)為10000條件下，肋角為46°

4、時有最好的換熱性能，肋間距與肋高比為6.18時有最好的綜合換熱性能；在雷諾數(shù)為30000條件下，肋角為47°時有最好的換熱性能，肋間距與肋高比為11.1時有最好的綜合換熱性能；在不同雷諾數(shù)下，當(dāng)肋角接近30°時有最好的綜合熱性能，肋間距與肋高比為14時有最好的換熱性能。對于帶肋直通道，優(yōu)化發(fā)現(xiàn)斜肋誘導(dǎo)了肋間的橫向二次流，提高了換熱效果，不同的肋角度對二次流的影響不一樣；肋間距的不同影響邊界層的分離與再附，使得換熱效果也不一樣；角度越小流