镍基合金涡轮叶片复合冷却结构多场耦合仿真.pdf

《镍基合金涡轮叶片复合冷却结构多场耦合仿真.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文镍基合金涡轮叶片复合冷却结构多场耦合仿真Multi-fieldcouplingSimulationofNickel-basedAlloyTurbineBladeCompositeCoolingStructure安澜哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：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镍基合金涡轮叶片复合冷却结构多场耦合仿真硕士研究生：安澜导师：颜培刚教授申请学位：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：2018年6月20日授予学位单位：哈尔滨工业大

2、学ClassifiedIndex:TK472U.D.C:621.438DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMULTI-FIELDCOUPLINGSIMULATIONOFNICKEL-BASEDALLOYTURBINEBLADECOMPOSITECOOLINGSTRUCTURECandidate：AnLanSupervisor：Prof.YanPeigangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：PowerEngineeringAffi

3、liation：EnergyScience&EngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要航空，航天，航海和地面发电行业将燃气轮机及辅机做为产生动力的主要设备。当前随着中航发集团的重组成立，两机重大专项的落地，发展燃气轮机技术已经成为我国发展飞行器动力、舰船动力、能源电力等行业的关键。当前设计工作者主要基于涡轮复合冷却结构流场和温度场的仿真结果对涡轮叶片的模型进行设计，改型，再设计的过程。但是随着涡轮前

4、温度的提高，冷却结构的设计越来越复杂，各种新型材料（定向凝固合金，单晶合金）应用于涡轮叶片的制作生产，单一的温度场和流场的仿真结果是不够的，我们需要综合多物理场的数据从而提出更佳的设计和改型方案。在气热耦合验证方面，本文使用MarkⅡ叶型作为研究对象，对比并分析了五种湍流模型（k-ω、k-ε、sst、ssg、BSLReynoldsStress）的气热耦合仿真结果与实验结果。考虑本文中模型和实际实验室计算资源的情况，选取k-ω湍流模型作为涡轮叶片模型全三维气热耦合仿真的湍流模型。在ANSYS-CFX平台下对已经具备初步设计的某燃气轮机一级涡轮动叶

5、进行全三维气热耦合计算，分析温度场云图和流场云图，提出七条改型方案。完成改型后，对改型结果进行CFX全三维气热耦合仿真，从温度分布和流动的角度来看，改型具有明显的效果。针对原型模型和改型模型，基于Abaqus商业有限元数值软件进行了热固耦合计算，得到原型和改型涡轮叶片叶身名义应力分布情况。热固耦合通过Fortran语言编写交接面插值程序，在Matlab下写Abaqus有限元模型文件来实现。从名义应力场的角度来看，之前的七处改型仍然表现出良好的效果。但同时原型和改型叶片也都反映出了一个共同的问题，即冷气入口处换热过于剧烈，这导致了该处局部热应力集

6、中。基于有限变形晶体塑性滑移理论，通过Abaqus子程序计算原型和改型叶片叶身最大分切应力的分布云图。从最大分切应力场来看，之前基于流动换热结果的改型具有一定的效果，改型叶片模型最大分切应力峰值相比原型有一定的下降，而且高应力面积也有一定的下降。本文指出，改型镍基合金涡轮叶片仍然需要针对较为明显的正负最大分切应力交接线进行深入研究，开展进一步的改进设计。关键词：燃气轮机；冷却结构；热固耦合；最大分切应力-I-AbstractAbstractTheaviation,aerospace,marineandterrestrialpowergenera

7、tionindustriesusegasturbinesandauxiliaryenginesasthemainequipmentforpowergeneration.Atpresent,withthereorganizationandestablishmentofCNAFGroup,thelandingoftwomajoraircraftprojectsandthedevelopmentofgasturbinetechnologyhavebecomethekeytoChina'sdevelopmentofaircraftpower,shipp

8、ower,andenergypower.Currentdesignworkersmainlydesign,modify,andredesignthet