冷热电联供系统径流涡轮流场及其动叶栅气膜冷却数值研究

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1、国内图书分类号：TK472学校代码：10213国际图书分类号：621.438密级：公开工学硕士学位论文冷热电联供系统径流涡轮流场及其动叶栅气膜冷却数值研究硕士研究生：姜良导师：黄洪雁教授申请学位：工学硕士学科：动力机械及工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK472U.D.C:621.438DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSTUDYONFLOWFIELDANDTHEROTOR’SFI

2、LMCOOLINGOFRADIAL-INFLOWTURBINEINCCHPSYSTEMCandidate：JiangLiangSupervisor：Prof.HuangHongyanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerMachinery&EngineeringAffiliation：SchoolofEnergySci.&Eng.DateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinIns

3、tituteofTechnology摘要摘要冷热电联供系统作为一种典型的分布式发电技术，在21世纪电能产业中占据日益重要的地位。这种以微型燃气轮机为核心的供能系统，能够极大的提高能源利用率，国外许多发达国家率先开始研究应用；国内因为能源分布、消费观念以及技术等方面的一些因素，微型燃气轮机技术存在较大的市场空间。微型燃气轮机通常以径流涡轮作为核心做功部件，以满足流量、效率等性能方面的需求。但是径流涡轮内部流动具有强烈的三维效应，高速旋转使得哥氏力和离心力影响较大，结构设计和实验研究均存在不小的困难。同时高温产生的热应力对材料强度提出较

4、大的挑战，需要布置合理的冷却结构以保证涡轮的正常运行。本文针对冷热电三联供系统内高温径流涡轮，进行高效率方案设计。同时以叶轮进口型线为突破点，优化改型进一步提高涡轮效率，并详细分析了这种型线的作用机理。最后分别在径流涡轮叶轮与端壁处设计冷却结构，减小高温热应力。研究结果表明：设计得到的径流涡轮轮轴效率达到79.3%，流道内因压差产生的叶顶泄漏是径流涡轮内的主要损失。叶轮进口型线采用合适的前弯角度，可以改善前缘根部叶片载荷分布，减少叶顶泄漏损失，提高涡轮效率；本文设计叶轮采用合适的前弯型线，涡轮效率可以提高1.1%。在径流涡轮动叶叶轮

5、与端壁增设气膜冷却结构是可行的，合理的冷却方案可以有效降低固壁表面温度。其中叶轮表面气膜覆盖很大程度受到叶片表面附近主流影响，冷气出流与表面极限流线分布规律类似。本文设计径流涡轮叶片较薄，热传导作用较强，因此吸力面与压力面温度分布规律基本一致，但是气膜冷却效果在吸力面侧优于压力面；设计方案最佳冷气流量约为主流2.5%。关键词：径流涡轮；气动设计；优化改型；涡轮冷却；气热耦合-I-AbstractAbstractAsakindoftypicaldistributedpowergenerationtechnology,theCCHPst

6、systemwilloccupyamoreimportantroleinthe21century’selectricpowerindustry.Thiskindofenergy-supplyingsystemwhosecoreismicrogasturbinecangreatlyenhancetheenergyutilizationrate,soitattractedalotofscholarsabroadindevelopedcountriestostudyandapplythetechnology.However,inourco

7、untrythemicrogasturbinetechnologyneedmoreexplorationandexistagreatmarketdemandbecauseofaseriesfactors,suchasenergydistribution,domesticconsumption,technology,andsoon.Tomeettherequirementofflow,efficiency,performanceaspects,themicrogasturbinealwaystaketheradialinflowtur

8、bineasthecoreworkcomponent.Butthereisstronglythreedimensionalflowinitspassage,andturbine’shighrotatingspeedwillmaketh