浅论冷却燃气透平叶片气膜冷却设计及多场耦合理工

论文导读：
摘要：随着透平进口温度的不断提升,燃气轮机热端部件必须采取冷却措施,气膜冷却是一种重要的冷却手段。本论文主要探讨了平板和燃气轮机静叶气膜冷却的特性和机理,并提出了评价冷却结构效果的新策略,为今后叶片的冷却设计提供参考。平板气膜冷却部分,本论文采取数值计算和实验探讨相结合的策略,探讨了圆柱孔、扇形孔和双射流孔的冷却特性和机理。实验采取压力敏感漆(PSP)测试技术,搭建了标定装置并进行了标定。在圆柱孔、扇形孔探讨基础上,对双射流孔的流向间距、展向间距和复合角等参数以及吹风比对冷却效果的影响进行了系统的探讨,结果表明涡系结构对双射流的冷却效率有着至关重要的影响,提升冷却效率的关键在于采取恰当的几何参数,使双射流孔形成有效的反肾形涡。静叶气膜冷却部分,本论文采取数值计算的策略,探讨了双射流孔在压力面和吸力面的冷却特性,并根据平板气膜冷却的机理进行了改善,结果表明在吸力面双射流孔有较好的冷却效果,而在压力面双射流孔冷却效果容易受当地二次流的影响。本论文采取多场耦合的策略,对平板和静叶在耦合条件下的气膜冷却特性进行了探讨。探讨了吹风比和孔型对平板气膜孔周边的应力分布的影响。对于叶片的耦合气膜冷却,采取蠕变应变评价冷却效果,以综合温度和热应力两个参数对冷却结构的影响,并对某燃气轮机静叶的原型做了相应的改善,以达到提升叶片的利用寿命的目的。关键词：气膜冷却论文压力敏感漆论文冷却效率论文多场耦合论文蠕变论文热应力论文
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Abstract6-11
第一章 绪论11-31

1.1 课题的背景和作用11-12

1.2 气膜冷却12-14

1.3 气膜冷却的探讨近况14-25

1.3.1 外部影响因素的探讨14-18

1.3.2 气膜孔结构参数的探讨18-20

1.3.3 气膜孔型的探讨20-23

1.3.4 气膜冷却实验探讨23-24

1.3.5 气膜冷却数值计算探讨24-25

1.4 多场耦合和寿命探讨25-29

1.4.1 燃气轮机中多场耦合计算的作用和运用近况25-27

1.4.2 热端部件寿命探讨27-29

1.5 本论文的主要工作29-31

第二章 平板气膜冷却实验装置31-41

2.1 本章引言31

2.2 测试技术和原理介绍31-32

2.3 压力敏感漆的标定32-34

2.4 实验台和采集系统的介绍34-36

2.5 参考状态的温度修正36-37

2.6 实验测量的误差浅析37-38

2.7 实验台可靠性验证38-41

第三章 平板气膜冷却探讨41-67

3.1 本章引言41

3.2 数值计算策略概述41-45

3.

2.1 制约方程41

3.

2.2 湍流模型41-43

3.

2.3 边界条件和网格划分43-44

3.

2.4 湍流模型的选取和验证44-45

3.3 圆柱孔和扇形孔气膜冷却结果浅析和比较45-51

3.1 圆柱孔气膜冷却46-51

3.4 射流孔气膜冷却51-65

3.4.1 流向间距的影响52-58

3.4.2 展向间距和流向间距对冷却效率影响的比较58-62

3.4.3 复合角的影响62-65

3.5 本章结论65-67

第四章 静叶气膜冷却的探讨67-79

4.1 几何模型和改善案例67-68

4.2 计算结果及浅析68-72

4.3 进一步改善及浅析72-76

4.

3.1 吸力面的改善案例72-74

4.

3.2 压力面的改善案例74-76

4.4 本章小结76-79
第五章 冷却结构的多场耦合探讨79-105

5.1 热应力的计算策略80-88

5.

1.1 平板气膜冷却耦合模型81-82

5.

1.2 吹风比的影响82-86

5.

1.3 气膜孔型的影响86-88

5.2 某燃气轮机进口静叶的冷却结构的多场耦合浅析88-102
5.

2.1 模型和边界条件88-90

5.

2.2 原始叶型的计算结果和浅析90-95

5.

2.3 对原始设计叶片气膜冷却结构的改善95-102

5.3 本章小结102-105
第六章 结论与展望105-109

6.1 本论文总结105-107

6.2 本论文的革新点107

6.3 展望107-109

参考文献109-115
已发表的论文115-117
致谢117