蒸汽冷卻葉片流固耦合數(shù)值模擬.pdf

1、燃?xì)廨啓C(jī)具有效率高、體積小、重量輕、維護(hù)簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)性好、運(yùn)行可靠、自動(dòng)化程度高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用在航空工業(yè)、陸用發(fā)電、天然氣輸送、石油、鐵路和造船工業(yè)中。為了提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率，通常增加渦輪的入口溫度使其接近理想配比燃燒溫度。這樣對(duì)渦輪部件產(chǎn)生了很大的熱負(fù)荷，使得渦輪葉片的冷卻成為一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)。迄今已經(jīng)提出了許多種的冷卻方法，其中利用從壓氣機(jī)引出的空氣作冷卻介質(zhì)的開式冷卻方案具有一系列優(yōu)點(diǎn)，取自壓氣機(jī)高壓級(jí)或出口的空氣，流過(guò)

2、葉片的內(nèi)通道使其冷卻，然后排入燃?xì)饬髦腥?。但是，空氣冷卻技術(shù)將帶來(lái)一系列的額外損失，其主要損失之一是在提高燃?xì)廨啓C(jī)的初溫時(shí)，需要使用相當(dāng)數(shù)量的冷卻空氣，為此需要支出相當(dāng)數(shù)量的壓縮功，這就降低了燃?xì)廨啓C(jī)裝置的熱效率。 這樣希望采用其它介質(zhì)來(lái)代替空氣作冷卻介質(zhì)，要求這種新介質(zhì)能提供較好的冷卻效果。用水蒸汽取代空氣作為燃?xì)廨啓C(jī)的葉片冷卻介質(zhì)是能滿足上述要求的。和空氣相比水蒸汽冷卻的優(yōu)點(diǎn)在于水蒸汽的比熱容大。需要的冷卻蒸汽中主要熱能部分

3、，水泵功和機(jī)械能消耗是很小的，所以蒸汽冷卻的損失要比空氣冷卻的小。這樣也就允許增加冷卻蒸汽流量來(lái)更多地提高燃?xì)獬鯗?。冷卻蒸汽流量的增加在冷卻通道的流阻方面不會(huì)遇到什么困難，因?yàn)檎羝麎毫Σ幌窨諝鈮毫δ菢右艿綁簹鈾C(jī)出口壓力的限制。 本文針對(duì)某型渦輪的第一級(jí)靜葉進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)三維流固耦合數(shù)值模擬，應(yīng)用Por/E和ANSYS ICEM軟件建立渦輪靜葉的計(jì)算模型及其計(jì)算網(wǎng)格，并應(yīng)用ANSYS CFX對(duì)渦輪蒸汽冷卻葉片進(jìn)行了熱耦合模擬，介紹了

4、葉片冷卻計(jì)算的數(shù)值模擬方法及其基礎(chǔ)理論，應(yīng)用k-ε雙方程湍流模型，應(yīng)用基于有限單元法的有限容積法進(jìn)行離散，簡(jiǎn)單介紹了全耦合式的不完全LU分解算法和多網(wǎng)格求解技術(shù)，簡(jiǎn)單描述了流固耦合的參數(shù)傳遞和計(jì)算過(guò)程。 對(duì)兩種基本的強(qiáng)化換熱技術(shù)，即射流沖擊冷卻換熱和肋片繞流冷卻換熱進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，得到射流冷卻一些參數(shù)規(guī)律和肋片繞流的流場(chǎng)參數(shù)分布規(guī)律。然后在前面基本強(qiáng)化換熱的基礎(chǔ)上，先對(duì)間隔板式冷卻葉片進(jìn)行了熱耦合計(jì)算，然后再設(shè)計(jì)了蒸汽射流沖擊式