透平轉子葉頂流動及換熱特性研究.pdf

1、燃氣輪機在能源和航空工業(yè)中扮演著重要的地位,與國防工業(yè)也密切相關,所以提高燃氣輪機的熱效率和功率是一個具有戰(zhàn)略性意義的課題。由熱力循環(huán)分析可知,燃氣輪機的熱效率和功率隨透平前溫度的提高而提高。燃氣輪機第一級透平與高溫高壓的燃氣直接接觸,其所承受的熱負荷是現(xiàn)有材料難以承受的。透平轉子葉頂間隙中存在的復雜流動,導致葉頂成為熱負荷非常高的區(qū)域,因此為提高燃氣輪機的性能,有必要對高壓透平轉子葉頂流動及換熱特性進行深入的研究。
　　本文利用

2、實驗測試和數(shù)值模擬相結合的方法研究了透平轉子葉頂間隙流動特征以及葉頂壁面換熱特性,分析了影響葉頂流動及傳熱的主要因素,主要的研究內容如下:
　　1.提取了GE-E3高壓透平第一級轉子的葉型數(shù)據,建立了改葉片的三維幾何模型,將此模型放大三倍,作為轉子實驗件的加工依據,并在此基礎上搭建低速旋轉透平實驗臺。
　　2.采用萘升華實驗測量葉頂壁面的換熱系數(shù)。首先利用對平板換熱的測量完成實驗原理的驗證和測量方法的標定,然后對透平轉子平葉

3、頂?shù)膿Q熱系數(shù)進行測量,獲得了葉頂壁面換熱系數(shù)的分布。
　　3.對以上的實驗模型透平內部流場進行了數(shù)值模擬,建立單流道計算域并采用不同湍流模型對其進行數(shù)值模擬分析,獲得葉頂壁面換熱系數(shù)的數(shù)值計算結果。比較不同湍流模型計算結果與實驗測量的差異,確定湍流模型,并驗證了數(shù)值計算的準確性。
　　4.對 GE-E3高壓透平第一級轉子葉頂流動及換熱進行三維數(shù)值模擬,建立單流道計算域,生成計算網格,獲得葉頂區(qū)域流場和換熱系數(shù)分布。對比研究了