舰载燃气轮机间冷器内部流动的三维数值模拟.pdf

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1、第3O卷第3期能源技术Vo1．3ONo．32009年6月ENERGYTECHN0IOGYJurL2009舰载燃气轮机间冷器内部流动的三维数值模拟文超柱，董威，侯玉柱(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：板翅式换热器是舰载燃气轮机首选换热器形式。针对平直型翅片的矩形通道的结构特点，建立了流动换热分析的耦合计算模型，采用计算流体动力学(CFD)方法对间冷器的通道流场进行了数值模拟。给出并分析了计算区域内多个截面的温度、压力、速度、局部传热系数等参数的分布图形和变化趋势，并考察了不同工况下间冷器的工作能力。关键词：舰载燃气轮机问冷器；板翅式换热器；平直形翅片；计算流

2、体动力学模拟；耦合计算中图分类号：TK124文献标志码：A文章编号：1005-7439(2009)03-0149-06CFDSimulationofHeatTransferandFluidFlowonMarineGasTurbineIntercoolingHeatExchangerWENChao-zhu，DONGWei。HOUYu-zhu(SchoolofMechanicalEngineering。ShanghaiJiaoTongUniversity。Shanghai200240。China)Abstract：Plate-finheatexchangeristhepreferre

3、dformofmarinegasturbineintercoolingheatexchange~Thecoupledcalculationmodelofflowfieldandtemperaturefieldwasestablished．Onthebaseofstructurefeaturesofplainfinrectangularchannels，aCFDprogramhadbeenusedforthesimulationonthefluidflowandheattransferinthephysicalmode1．Graphicsandtrendsoftemperature

4、，pressure，velocityandlocalheattransfercoefficientsofdifferentcross-sectionsweregivenandanalysed．Theperformanceofintercoolingheatexchangerunderdifferent1oadhadbeenstudied．Keywords：marinegasturbineintercoolingheatexchanger；plate-finheatexchanger；plainfin；CFDsimulation；coupledcalculation近年来，越来越多

5、的成熟航空发动机被改型应可以减少高压压气机的负荷、提高燃气轮机的输出用在非航空领域，把航空燃气轮机与柴油机结合组功率以及与回热器和动力涡轮一起降低燃气轮机的成大中型水面战舰的联合动力装置就是其中之一，耗油率。可以显著地用来提升战舰的动力性能，有很好的应通过进气通道、换热器和出口通道的压降和换用前景[1]，燃气轮机先进循环方式之一的燃气轮机热器的效率是间冷器在设计时必须着重考虑的两个间冷回热循环(ICR-IntercoolingRecuperated)也成性能参数：间冷器的压降会给压气机增加额外的负为近年来竞相开展的研究课题。采用间冷回热循环担对耗油率产生不利的影响，因此必须尽可能

6、地小；的燃气轮机在设计工况下热效率高、功率大，在典型间冷器的换热能力越强，在规定的最小压降和通道的舰船运行工况下可以减少25或者更多的燃油和空间内提取热量越多，空气的温度就越低，从而允消耗，而且克服了简单循环燃气轮机在低工况下经许更多的空气流人高压压气机，因此间冷器的换热济性变差的弱点；与一般的燃气轮机相比，采用间冷系数应该尽可能大。板翅式换热器由翅片、隔板和回热循环的燃气轮机的运行更可靠、噪声更低而且封条组成，冷热流体在相间的板束通道内流动，作为排气的红外辐射更少。在间冷回热循环(以及间冷二次表面的翅片参与传热的面积远大于隔板。矩形循环IC)中，间冷器是燃气轮机的重要部件。间冷

7、通道的平直形翅片的逆流式板翅式换热器，平直翅器位于低压压气机和高压压气机之间，采用间冷器片传热系数虽然稍小，但是流动阻力小和承压强度·149·文超柱等：舰载燃气轮机间冷器内部流动的三维数值模拟高，而且结构紧凑、轻巧、传热强度高，非常符合舰载燃机轮机间冷器的应用特点，是舰载燃机间冷器的首选换热器形式。我国舰载燃气轮机研制工作起步较晚，板翅式换热器本身结构复杂，因此采用CFD1模拟运行的研究报道不多，目前比较突出的，是李卓[2等人用数值模拟的方法提出了3种间冷器的结构布置型式、祝银海