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1、第34卷第9期上海交通大学学报Vol.34No.92000年9月JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYSep.2000文章编号:1006-2467(2000)09-1162-05燃气轮机排气引射冷却系统的数学模型及其计算周绍荣,陈汉平,杜朝辉,钟芳源(上海交通大学动力与能源工程学院,上海200030)摘要:建立了舰船燃气轮机排气引射冷却系统的流动传热数学模型,并用数值方法对其进行计算.采用扩大计算域的方法处理管内管外的混合流场问题.推导了气固交界面上具有耦合传热时的控制体离散方程式,
2、界面上的辐射热流以附加源项的形式出现在离散方程中.把计算出的排气引射冷却系统出口截面上的压力值作为反馈信息,来调整二次流引射处的速度值大小.与相应的实验结果比较表明,数值处理方法及计算结果是可靠的.这些结果是进一步预测舰船排气系统红外辐射分布的基础.关键词:燃气轮机;排气引射;附加源项法;数学模型;数值计算中图分类号:TK14文献标识码:ANumericalModelsandCalculationofaMarineGasTurbineExhaustCoolingSystemZHOUShao-rong,CHENHan
3、-ping,DUZhao-hui,ZHONGFang-yuan(SchoolofPowerandEnergyEng.,ShanghaiJiaotongUniv.,Shanghai200030,China)Abstract:Theflowandheattransfermodelsofamarinegasturbineexhaustcoolingsystemwereestab-lished,andthenumericalmethodwerepresentedforthesolutionofthemodels.Since
4、theproblemconsid-eredhereisacomplicatedprocesscomposedoftheinternalandexternalflow,anenlargedcalculationdo-mainwasemployed.Thediscretizationequationwasderivedforthecontrolvolumewithconjugateheattransferatitsinterface,withtheradiationheatfluxattheinterfaceappea
5、ringasanadditionalsourceterm.Theaveragecalculatedvalueofpressureattheoutletoftheexhaustductwastakenasafeedbacktodeterminetheentrainedvelocitiesattheentranceofsecondaryflow.Thenumericalresultsagreewellwiththecorrespondingexperimentaldata,whicharethebasisofthepr
6、edictionofinfraredradiationdistributionofamarinegasturbineexhaustsystem.Keywords:gasturbines;exhaustgasinjection;additionalsourcetermmethod;mathematicalmodels;nu-mericalcalculation为了提高舰船对红外制导武器的防御能力,现燃气隔离,减少了热燃气对壁面的对流换热,降低壁代舰船的燃气轮机排气系统的出口段大量使用红外面温度,有效抑制壁面的红外辐射
7、.在运行工况下,抑制装置.目前得到最广泛应用的是多级引射扩压该装置受到强迫对流换热、导热及管壁与气体之间环型的壁面气膜冷却装置.冷却空气从各级扩压环辐射换热的耦合传热作用.国内外学者对此问题进[1～5]的缝隙处被管内高温燃气引射,使排气管壁面与热行过一些理论或实验方面的研究.由于实验固有的局限性,实验结果往往不尽人意,故迫切要求发收稿日期:1999-10-26展一种有效的理论计算方法,用于模拟该装置内的基金项目:国家留学回国人员科研基金资助项目(9824822).作者简介:周绍荣(1970～),男,博士生.复杂流动
8、传热问题.已发表的有关文献在引射边界第9期周绍荣,等:燃气轮机排气引射冷却系统的数学模型及其计算1163条件和壁面热边界条件的确定等方面存在明显的不[1,2]合理性.文献[1]中将引射处速度边界条件简单地给定为沿流向梯度为零,实测结果表明这是没有道理的;文献[2]将壁面处理成绝热边界,这显然违背了物理事实,对引射速度采用所谓自然边界条件,即将一次迭代后第一内
