几何结构及液滴对气膜冷却特性影响的研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文几何结构及液滴对气膜冷却特性影响的研究论文作者：崔沛学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：热能工程指导教师：闵春华职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金项目（No.51606059）和（No.51576059）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofThermalpowerengineeringTheResearchofFilmCoolingEffectaboutGeometricConstructionandLi

2、quidDropByCuiPeiSupervisor:Prof.MinChunhuaDecember2016ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.51606059andNo.51576059.摘要燃气轮机作为一种重要的动力装置，被广泛应用于航空航天、船舶、车辆、电站等多种领域。涡轮叶片是燃气轮机的重要组成部分，气膜冷却是一种防止涡轮叶片在运行过程中始终承受高温燃气侵蚀的冷却技术，提高气膜冷却技术不仅能延长涡轮叶片的寿命，还能提高燃气轮机的运行效率。在研究过程中，影响气膜冷却效果

3、的主要有冷、热流体的流动参数（吹风比、冷热流体温度、动量流量比等）、进入冷流体的不同孔型（圆柱孔、异型孔、开槽孔等）。本文主要基于开槽圆柱孔结构对孔结构及开槽结构分别做了改变来研究锥形孔及四种开槽结构对气膜冷却效果的影响。研究发现，锥形孔的气膜冷却效率要高于圆柱孔；两侧倾斜开槽孔提高壁面横向及展向的气膜冷却效果。在实际运行中，涡轮叶片不仅受到高温的侵蚀，也受到高温燃气中携带的污染物颗粒的腐蚀，污染物颗粒在高温燃气中处于熔融状态，与涡轮叶片接触时形成沉积而导致叶片上热障涂层的断裂及脱落，对气膜冷却产生一定的影响。针对上述问题，本文通过数值模拟的方法研究了气膜孔前、气膜孔

4、后有沉积形成时及气膜孔后沉积高度和沉积到气膜孔的距离对气膜冷却效果的影响；为改善沉积对气膜冷却效率的影响，在冷却气中加入少量液滴喷雾，研究冷却气中加入液滴喷雾后对叶片气膜冷却效率的影响。研究结果表明：气膜孔前污染物的沉积降低壁面展向气膜冷却效率，但对壁面横向的气膜冷却效果有所改善。加入液滴后有沉积的壁面气膜冷却效率反而高于无沉积壁面气膜冷却效率。考虑气膜孔后沉积对壁面气膜冷却效果的影响，随着沉积高度的增加，高值气膜冷却效果区域逐渐向沉积靠近。壁面下游绝热气膜冷却效果随之降低。当加入液滴时，沉积高度的增加提高液滴的蒸发及在壁面横向的扩散，增大气膜冷却在壁面上的覆盖面积。

5、关于沉积到气膜孔出口距离的影响，沉积到气膜孔的距离决定着冷却气脱离壁面的位置。沉积对上游壁面的气膜冷却效果并没有很大影响。冷却剂中加入4.4%的液滴，沉积下游壁面的冷却效果明显提升。关键词：气膜冷却、孔结构、开槽结构、沉积、液滴IABSTRACTAsanimportantpowerplant,gasturbineiswidelyusedinmanyfields,suchasaerospace,ship,vehicle,powerstationandsoon.Theturbinebladeisanimportantcomponentofgasturbine,gasfil

6、mcoolingistopreventtheturbinebladesduringoperationarealwayssubjectedtohightemperaturegascoolingtechnologyoferosion,improvefilmcoolingtechnologycannotonlyprolongthelifeofturbineblade,butalsoimprovetheoperationefficiencyofgasturbineefficiency.Inthecourseofthestudy,theeffectsoffilmcoolinge

7、ffectarethemainflowparametersofcoldandhotfluid(blowingratio,hotandcoldfluidtemperature,momentumfluxratio),differentpassintothecoldfluid(cylindricalhole,special-shapedhole,slottedholeetc.).Inthispaper,basedonthestructureofslottedhole,theholestructureandtheslotstructurewerechange