涡轮冷却叶片尾缘扰流柱分布的传热和阻力特性的数值计算与实验研究

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由热力循环可知，燃气轮机的性能受涡轮进口燃气温度的影响较大，提高涡轮进口温度是改善涡轮发动机性能的发展趋势。因此，为保证燃气轮机的使用寿命和安全性，涡轮叶片必须采取冷却措施。在涡轮叶片的内冷通道中布置多排扰流柱是一种常用的强化冷却手段，主要用于加强冷气的扰动，达到增强换热的效果。但涡轮叶片尾缘中的扰流柱排列方式大都是按几何意义上进行叉排排列而不是沿着流向的叉排。根据实际应用的需要，本文采用数值模拟和实验研究两种方法，对叶片尾缘扰流柱沿流动方向进行叉排分布的通道的传热和阻力特性进行了研究，并与几何意义上叉排的扰流柱通道进行了对比分析。通过对尾缘扰流柱梯形通道进行二维的数值计算，对所提供的涡轮冷却叶片尾缘结构，经过反复的校核计算，找出了一种沿流向叉排的扰流柱排列方式；通过对此优化分布通道和现有分布通道的三维数值模拟，进行了传热和阻力特性的对比分析，结果表明；对于现有通道和优化通道，相同雷诺数时优化通道的换热效果比现有通道的换热效果好，但压力损失也比现有通道的压力损失大，好的换热效果是以流动阻力的损失为代价的。为研究直径与平均间距比在不同工况下对流动和换热的影响，本文进行了优化分布下扰流柱直径/密度比(分别计算直径/平均间距比为0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8的工况)对传热和阻力特性的影响的研究。结果表明优化通道中随着扰流柱直径密度比的增大，换热效果越好。实验在一个包括冷风系统和电加热系统的测试段完成，其中加热系统提供等热流密度。设计加工了涡轮叶片尾缘冷却结构的梯形通道的模型，试件是根据相似原理把实际叶片尾缘的很小一部分放大25倍而成。实验中对不同雷诺数下现有扰流柱分布通道和优化后的扰流柱分布通道的温度分布进行了测量，包括壁面温度和进出口的温度；并对两种分布通道进出口的静压值进行了测量。通过分析温度值和压力值来研究扰流柱分布对通道流动的影响，同时为了更好的比较，文中还采用将温度差转化为无量纲的努塞尔数和静压差转化为无量纲的压力降来进行分析。实验研究得到的结论主要有通道换热效果随冷气流雷诺数的增大而升高，优化通道的换热效果比现有通道的换热效果好。将数值计算与试验研究相结合，计算结果与实验数据相吻合，通过对变化曲线的拟合得到了相同的结论。

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作者
徐青;
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作者单位

广东海洋大学;

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授予单位广东海洋大学;
学科水产品加工与贮藏工程
授予学位硕士
导师姓名凌长明;
年度 2006
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类气体透平（涡轮机）;
关键词
尾缘叶片; 扰流柱; 传热; 压降; 数值模拟; 涡轮; 阻力特性;

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