燃气透平中旋流室强化传热的数值研究.pdf

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1、第58卷第2期2016年4月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYV01．58No．2Apr．2016燃气透平中旋流室强化传热的数值研究杜海芬，姜伟，王纯，谭杰，谢诞梅(武汉大学动力与机械学院，武汉430072)摘要：优化透平冷却设计已经成为燃气轮机研究领域的一个重要课题，其中旋流室属于一个很有前景的冷却概念。主要利用FLUENTl4．5对旋流室进行数值模拟，探究旋流室进El尺寸参数、进口平均温度与壁面平均温度之比以及进13雷诺数对旋流室强化传热的影响。采用控制变量法，得出如下结论：在本文给定的范围内，进El高度为15mm时传热效果最好，进El宽度越大传热效果越好，进El宽高比为1

2、5时传热效果最好，温比越小传热效果越好，雷诺数越大传热效果越好。此外，对进El尺寸、温比、雷诺数对传热系数以及流阻系数的影响也作了研究。关键词：旋流室；进口尺寸参数；温比；雷诺数；传热效果分类号：TK262文献标识码：A文章编号：1001-5884(2016)02-0105-04NumericalStudyonHeatTransferEnhancementofSwirlChamberinGTDUHat．fen，JIANGWei，WANGChun，TANiie，XIEDan—mei(SchoolofPowerandMechanicalEngineering，WuhanUniversity，

3、Wuhan430072，China)Abstract：r11}leoptimizationofturbinecoolingdesignhasbecomeanewresearchfieldofgasturbine(CT)．11leswirlchamberisaprospectcoolingconcept．Inthispaper，thethenumericalsimulationoftheswirlchamberiscarriedoutbyFLUENTl4．5，swirlchamberinletsizeparametersofinquiry，andtheinfluenceofinletsiz

4、eparameters，inletaveragetemperatureandinletReynoldsnumberontheenhancedheattransferofswirlchamberiSstudied．Theresultsshowthat．intherangeoftIlestudiedcondition．theheattransfereffectisthebestwhentheheightoftheinletiS15mm．ItalSOshowsthatthelargerialetwidththebetterheattransfer．andtheheattransfereffec

5、tiSthebestwhentheratioofinletwidthtoheightiS15．卟eheattransfereffectisinereasedwiththedecreaseoftheratioofinlettowallandincreaseofthebiggertheReynoldsnumber．Inaddition，thispaperalsodiscussestheeffectofinletsize，temperature，reynoldsnumberontheheattransfercoe伍cientandflowresistancecoemcient．Keywords

6、：swirlchamber；inletparameters；temperatureratios；Reynoldsnumber；heattransfereffect0前言燃气轮机广泛应用在航空、航海、能源等领域上，它在国防建设与国民经济中占有非常重要的地位。在透平冷却设计领域，由于冷却技术的不断发展与进步，近几十年来透平的进口温度提高迅速。进El温度的升高会使运行温度远高于金属允许温度，为了保证燃气轮机在高温环境下能够长时间可靠运行，就要采用先进的冷却技术来降低叶片温度⋯。目前冷却设计的优化引起了国内外学者的认可和重视，优化透平冷却设计已经成为燃气轮机研究领域的一个新课题。将旋流室应用在燃

7、气透平的冷却是一个近年兴起、有吸引力的冷却概念。旋流室结构利用进El射流在柱形腔室内产生旋流，通过离心力产生涡流并增强边界层气流和主流气流掺混，进而强化腔室表面的传热HJ。旋流室内部没有扰流结构，因此可以获得相对较小的流阻系数和较高的传热性能。本文研究旋流室强化传热对燃气轮机冷却的髭蛔。收稿日期：2015-09—15作者简介：杜海芬(1991．)，女，学士，研究方向：燃气轮机冷却。1数值模拟及方法本文所用的旋流室计算模型如图l所示。