气冷涡轮级气热耦合非定常频域分析

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1、第56卷第3期汽轮机技术V0l_56No．32014年6月TURBINETECHNOLOGYJun．2014气冷涡轮级气热耦合非定常频域分析张宏涛，王祥锋，李超，韩万金(1哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨150001；2哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046)摘要：对某级涡轮进行了三维非定常气热耦合数值模拟，分析了叶片型面压力和温度的非定常波动，对静叶和动叶压力和温度非定常波动幅值较大的位置进行频谱分析。结果表明：静叶产生的尾迹作用在动叶前缘导致冲角增大，对动叶吸力面前部的非定常影响最大；上游尾迹不但直接与冷却气膜孔的流场发生作用，还会影响到冷却气膜孔下游流场

2、；热传导系数的周期性波动主要是由于温度的波动而引起的。关键词：非定常，气热耦合，涡轮，叶片，气膜冷却分类号：TK123文献标识码：A文章编号：1001—5884(2014)03-0199-04UnsteadyNumericalSimulationofConjugateHeatTransferonFlowFieldsofaTurbineStagewithFrequencyDomanAnalysisZHANGHong-ta0，WANGXiang-feng，LIChao，HANWan-jin(1CollegeofEnergyScienceandEngineering，HarbinI

3、nstituteofTechnology，Harbin150001，China；2HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China)Abstract：Theunsteadyflowandcoolingperformanceofasingle—stageturbinearestudiedbyconjugateheattransfermethodologyofthree—dimensionalunsteadynumericalsimulation．Theunsteadyfluctuationofpressureandtemperatur

4、eareanalyzed．SpectrumanalysisisperformedinthepositionoflargerpressureandtemperatureamplitudeonStatorandrotorbladesoTheresultsshowthattheimpactofthetrailsontheleadingedgeofthebladecausedincidenceincrease；leadingedgeofthebladesuctiondisruptionismoreobvious；upstreamtrailsnotonlyaffectthecoolin

5、ggasflowmembranepores，butalsoaffectthecoolingflowfielddownstreamoffilmcoolingholes；thecyclicalfluctuationsofthermalconductivitywasmainlycausedbytemperaturefluctuations．Keywords：unsteady；conjugateheattransfer；turbine；blade；filmcooling为明显的影响。Du等人利用瞬态液晶技术实验研究了有0前言冷却射流的上游静叶尾缘不稳定尾流对下游动叶传热系数的影响，结

6、果表明在有冷却射流的尾迹影响下，下游动叶吸相对于涡轮级动叶来说，静叶尾迹是周期性非定常的，力面转捩点上游的传热系数增加了约25％，压力面上传热系尾迹在向下游输运的过程中，会显著影响下游叶片表面边界数的增加没有吸力面上的增加显著。Camci等人利用风洞层的形态，叶片排之间的相互干扰会反映在下游叶片流道内对高压转子动叶片在有无气膜冷却孔两种情况下进行了传的气动参数和传热参数的非定常波动上，导致势流、尾迹以热测量。研究结果表明，在有气膜冷却时，叶片表面上的热及冷却射流与叶片表面边界层的干扰过程更加复杂。因此，通量明显减少。有无气膜冷却时上游非稳态尾迹流以及动叶片气膜冷却射本文对某气

7、冷涡轮轮级进行了气热耦合非定常数值模流对叶片边界层传热影响的研究正在受到广泛的重视。拟，分析了动叶型面气动参数受上游静叶尾迹的影响，并对Dringl3在低速旋转设备上开展了气膜冷却性能研究，指出整级叶片进行了非定常频域分析。动叶表面气膜冷却性能受静叶尾迹的影响非常明显。袁锋等对一带有导向静叶的涡轮动叶气膜冷却进行了三维1数值方法非定常数值计算。结果表明，静叶的非定常尾迹改变了动叶吸力面和压力面上冷却气流的流场，使动叶叶片表面的冷却图1和图2分别给出了气冷涡轮级的非定常计算域及效果降低。Funazaki5