直冷却通道斜置肋片传热特性的数值研究.pdf

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1、第27卷第2期燃气涡轮试验与研究Vo1．27．NO．2302014年4月GasTurbineExperimentandResearchApr．，2014摘要：将燃气轮机涡轮叶片内部冷却的直管部分简化为方形截面带肋直冷却通道，并对简化直通道内部肋片在不同斜置角度下的换热特性和流动损失进行优化。针对直通道，进行了湍流模型对比及选取。将肋片的斜置角度30o一60。以5。为等差分为五种工况，然后利用CFX软件和自行编写的MATLAB程序对其进行模拟计算、数据处理、寻优和验证分析。结果表明：k—s湍流模型与实验数值吻合较好，48．62。

2、的斜置肋片能更好地提高带肋直冷却通道整体换热效果，30．34。的斜置肋片的综合换热性能最好。关键词：燃气轮机；涡轮叶片；内部冷却；斜置角度；努赛尔数；综合换热性能中图分类号：V231．1文献标识码：A文章编号：1672—2620f2014)02—0030—04NumericalResearchonHeatTransferCharacteristicsoftheObliqueRibinStraightCoolingChannelZHANGAi—ping，FULei，DUWu—vi(SchoolofEnergyandPowerEn

3、gineering，NortheastDianliUniversity，Changchun132012，China)Abstract：Thestraighttubesectionofcoolingpassagesingasturbinebladewassimplifiedtoquadratechannel，andtheheattransfercharacteristicsandflowlossesatdiferentobliqueangleswereoptimized．Tur—bulencemodelswerecompared

4、andselected．Theinclinedangleoftheribwasdividedintofivedifferentconditionsfrom30。to60。basedon5。arithmeticscale．ThenMATLABandCFXwereusedtosimulateandcomputeforoptimizationandverificationanalysis．Theresultsshowthat一8turbulencemodelagreeswellwithexperimentalvalues；obliq

5、uelyplacedfinsattheangleof48．62。canimprovetheoverallheat—transferperformanceofcoolingpassagesandcomprehensiveheattransferof30．34。placedfinsfunctionsbest．Keywords：gasturbine；turbineblade；internalcooling；obliqueangle；Nusselt；comprehensiveheat—transferperformance1引言的矩形

6、直通道中的换热与流动性能进行了实验研究，发现方形通道中肋片斜置角度d为30。一45。时的燃气轮机中，随着轮前燃气温度的提高，涡轮叶换热效果比横肋的换热效果提高约30％。Park等片承受的热传导也随之增大，严重影响涡轮运行的研究了五种不同宽高比的情况，对于方形通道，当肋安全性和稳定性。改进涡轮叶片的冷却方式和冷却片斜置角度为45。时有最好的强化换热效果。Hsieh结构，以满足涡轮稳定运行的要求，是解决叶片受热等研究了方形带肋直通道的换热效果，并给出了问题的主要手段之一。而掌握冷却通道传热分布规努赛尔数与雷诺数之间的经验关系式。S

7、tephens等律，进而改进和优化叶片内部冷却通道结构，对提高研究了斜肋对换热效果的影响，发现换热效果受肋叶片受热能力具有重要意义。的角度等参数和主流雷诺数的影响。Ooi等用对于加置肋片、强化换热，很多学者都做了大量f、k一占、S—A模型模拟了内部有横置肋片的直的实验研究和数值模拟。Han等D1对有周期性肋片收稿日期：2013—07—23；修回日期：2014—04—21作者简介：张艾萍(1968一)，男，吉林省吉林市人，教授，博士，主要从事热力设备经济性分析、换热设备传热强化及防／除垢对策的研究。32张艾萍等：直冷却通道斜置肋

8、片传热特性的数值研究第2期^，度；T，为参考温度，文中取进口冷却空气的平均温度05HOH5”O”5O5¨为参考温度。对直通道内部肋片的斜置角度从30。至60。以5。为等差，划分为7种工况，分别进行相同边界条件下的数值模拟，并以所得带肋壁面的平均努赛尔数和斜置角度输入MATLA