燃?xì)鉁u輪擾流冷卻的機(jī)理研究.pdf

1、在燃?xì)鉁u輪中,提高渦輪進(jìn)口溫度是提升渦輪性能的重要手段。由于渦輪葉片材料的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于渦輪進(jìn)口溫度,需要有效的冷卻結(jié)構(gòu)保證渦輪葉片持久有效的工作。在渦輪葉片的冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,只有在掌握了各種冷卻方式的作用機(jī)理基礎(chǔ)上,才能實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻結(jié)構(gòu)的合理組合利用,設(shè)計(jì)出滿意的冷卻結(jié)構(gòu)。因此,對(duì)各種冷卻方式的冷卻機(jī)理研究很有必要。
　　本文研究了渦輪葉片內(nèi)部擾流冷卻的作用過(guò)程。包括兩部分內(nèi)容:帶肋單通道的擾流冷卻數(shù)值研究和帶肋雙通道的擾流冷卻數(shù)值研

2、究。選擇無(wú)量綱Nu和沿程壓力損失為帶肋通道的壁面換熱性能和流動(dòng)損失的衡量參數(shù),通過(guò)對(duì)比不同邊界條件的方案,研究擾流冷卻的變化規(guī)律。
　　本文研究中,采用參數(shù)化模型,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格的自動(dòng)生成,減少了工作量。在帶肋通道的傳熱計(jì)算中,對(duì)湍流模型和網(wǎng)格的要求較為嚴(yán)格,進(jìn)行湍流模型的選擇和計(jì)算流體域的網(wǎng)格驗(yàn)證工作。經(jīng)過(guò)四種湍流模型的計(jì)算對(duì)比,本文中選擇SST格式的k??湍流模型和?-Re?轉(zhuǎn)捩模型。
　　在帶肋單通道中,首先研究了單個(gè)90°

3、擾流肋對(duì)流動(dòng)的影響過(guò)程,發(fā)現(xiàn)在擾流肋的前后區(qū)域各存在一大一小兩個(gè)明顯的渦區(qū),二者對(duì)壁面換熱性能的影響不同。其次研究了多個(gè)90°肋和多個(gè)60°肋對(duì)通道壁面換熱性能的影響,結(jié)果表明多肋方案換熱效果更好,但壓力損失提高;60°肋與90°肋對(duì)流動(dòng)擾動(dòng)方式不同,使得前者方案的換熱性能更好。最后分析了肋間距、進(jìn)口雷諾數(shù)、通道寬高比和肋角四個(gè)影響因素對(duì)通道壁面換熱性能的影響,結(jié)果表明肋間距對(duì)不同寬高比通道影響不同;進(jìn)口雷諾數(shù)的提高改善了通道壁面換熱性

4、能,同時(shí)降低了通道壓力損失;大寬高比通道的換熱性能優(yōu)于小寬高比,同時(shí)通道壓力損失增大;四種肋角方案中,60°和45°方案的換熱性能最好,同時(shí)45°方案的通道壓力損失最小。
　　相比于光滑雙通道,帶肋雙通道的壁面整體換熱性能大幅度提高,通道整體壓力損失增大,說(shuō)明擾流肋對(duì)雙通道的換熱性能和流動(dòng)特性影響均很大。三種進(jìn)口雷諾數(shù)方案中,Re=10000時(shí),旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科氏力對(duì)雙通道的換熱影響最明顯。進(jìn)口雷諾數(shù)的提高有利于壁面換熱性能的改善,并