资源描述：
《燃气轮机透平静叶端壁气膜冷却的数值研究 .pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第43卷第3期化工机械341∗燃气轮机透平静叶端壁气膜冷却的数值研究张玲∗∗谢恒龙(东北电力大学能源与动力工程学院)摘要对叶栅通道端壁与气膜孔进行了建模、网格划分和设置边界条件。通过改变射流入射角度、吹风比和气膜孔排列方式,对端壁复合角度气膜孔的传热特性进行了分析。模拟结果表明:当采用复合角度时端壁努塞尔数比单一角度相同位置的努塞尔数大,当复合角度为α=35°、β=45°时努塞尔数最大;随吹风比的增大,努塞尔数逐渐增加;当复合角度为α=30°、β=45°时,气膜孔采用插排布置传热效果最好。关键词燃气轮机端壁气膜冷却传热特性努塞尔数吹风比复合角度中图分类号TQ052
2、．73文献标识码A文章编号0254-6094(2016)03-0341-06近年来,燃气轮机在石油化工领域有着广泛少通道中二次流的影响,强化气膜冷却作用,提高[1~4][7]的应用,是发电技术中的一项关键设备。先气膜冷却效率;BarigozziG等分析了扇形气膜进的燃气轮机具有效率高、噪音低及排放低等特孔对端壁气膜冷却传热特性的影响,结果表明,与点,是提供清洁、可靠、高质量发电和热电联供的圆柱气膜孔相比,扇形气膜孔削弱二次流的能力[5][8]最佳方式。燃气轮机传递给透平叶片的热量较大,冷却气体能有效覆盖端壁表面;随着透平进口温度的升高而增加。根据工业用燃Fried
3、richsS等采用氨和重氮技术对涡轮叶片端气轮机和航空用燃气轮机的实际使用性能,燃气壁处二次流的分布进行了实验研究,利用类比存轮机入口温度为1000~1200℃,热效率30%~在的热量和质量传递方法分析了端壁冷却射流的34%,可长期运转。石油炼制、石油化学工业等工相互作用和二次流对气膜冷却效果的影响,根据艺过程组合使用的燃气轮机,入口温度1000~实验结果可以直观地观察到通道涡对气膜冷却的[6][9]1100℃,热效率31%左右。由于燃气轮机运影响和冷却射流与二次流之间的相互作用;王行温度远高于金属许用温度,所以为保证安全运钊等利用数值模拟的方法对端壁气膜冷却进行
4、了行需要对叶片进行冷却,限制叶片材料内的温度研究,并与无气膜冷却的端壁进行了对比,结果表水平和温度变化,保证合理的使用寿命。明,在有气膜冷却的情况下,端壁气膜孔周围的换[10]对于燃气轮机的气膜冷却而言,端壁气膜冷热系数明显减小;彭绍辉等对上凸下凹非轴对却流场结构尤为复杂。这是因为端壁入口气流中称端壁和轴对称端壁进行了数值模拟对比,结果存在的压力和温度梯度将导致静叶片通道中产生表明,使用上凸下凹非轴对称端壁时,通道中二次二次流;每个叶片前缘附近的边界层翻卷为分开流的作用减弱,马蹄涡的作用有所减少,气膜冷却[11]的马蹄涡并涌入通道;强大的横向压力梯度产生效率明显提
5、高。具有横向分速的端壁三维边界层。为此,国内外虽然国内外学者对燃气轮机端壁气膜冷却做研究人员对端壁的气膜冷却做了大量研究。Oki-了大量研究,但有关复合角度(不同方向的入射taY和NakamataC对非轴对称端壁的气膜冷却角α、β)射流对端壁冷却传热特性的研究却很少。效率进行了研究,结果表明非轴对称端壁能够减为此,笔者通过改变吹风比M和端壁气膜孔的排∗吉林省科技发展计划项目(20130101046JC)。∗∗张玲,女,1970年1月生,教授。吉林省吉林市,132012。342化工机械2016年列方式,研究了不同复合角度对端壁气膜冷却传叶片弦长136.36mm热特性
6、的影响。叶片轴向弦长68.21mm1几何模型与数值模拟1.1几何模型和网格划分为了在计算时使主流稳定,在模型的进口和笔者采用Solidworks软件借助高压涡轮导向出口区域各延长了约一个叶片弦长的距离。同[12]叶片MarkⅡ的叶片数据进行建模,详细的叶时,参照文献[13]中实验选用的气膜冷却孔布置栅几何参数如下:方式,在叶珊端壁上开设4排冷却孔,孔型为圆柱安装角63.45°形,孔径1.5mm。叶栅通道的物理模型和气膜孔叶片高度76.3mm的具体位置如图1所示。对模型采用分区(射流叶栅间距127.81mm区域和叶栅通道区域)划分的方式。射流区域采叶栅吼道39.62
7、mm用六面体网格,叶栅通道采用混合网格,对端壁面吸力面弧长158.45mm和气膜孔附近进行局部加密,网格总数八十多万,压力面弧长129.65mm具体划分情况如图2所示。图1叶栅通道的物理模型与气膜孔位置分布图2叶栅通道与气膜孔的网格划分1.2数值方法与边界条件作为流体介质。定义吹风比M为:笔者采用Standardk-ε两方程紊流模型,对ρjUjM=ρU控制方程采用有限体积法进行离散,离散格式采∞∞式中U、U———射流、主流的流体平均速度;用二阶迎风格式,利用SIMPLE算法进行求解。j∞ρ、ρ———射流、主流的流体密度。定义计算域两个侧面为周期性边界条件,通j∞2
8、模拟结果分
