蒸汽冷卻葉片流固耦合數(shù)值模擬.pdf

1、燃氣輪機具有效率高、體積小、重量輕、維護簡單、機動性好、運行可靠、自動化程度高、造價低等優(yōu)點，因而廣泛應用在航空工業(yè)、陸用發(fā)電、天然氣輸送、石油、鐵路和造船工業(yè)中。為了提高燃氣輪機的效率，通常增加渦輪的入口溫度使其接近理想配比燃燒溫度。這樣對渦輪部件產生了很大的熱負荷，使得渦輪葉片的冷卻成為一個關鍵的技術。迄今已經提出了許多種的冷卻方法，其中利用從壓氣機引出的空氣作冷卻介質的開式冷卻方案具有一系列優(yōu)點，取自壓氣機高壓級或出口的空氣，流過

2、葉片的內通道使其冷卻，然后排入燃氣流中去。但是，空氣冷卻技術將帶來一系列的額外損失，其主要損失之一是在提高燃氣輪機的初溫時，需要使用相當數(shù)量的冷卻空氣，為此需要支出相當數(shù)量的壓縮功，這就降低了燃氣輪機裝置的熱效率。 這樣希望采用其它介質來代替空氣作冷卻介質，要求這種新介質能提供較好的冷卻效果。用水蒸汽取代空氣作為燃氣輪機的葉片冷卻介質是能滿足上述要求的。和空氣相比水蒸汽冷卻的優(yōu)點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更多地提高燃氣初溫。冷卻蒸汽流量的增加在冷卻通道的流阻方面不會遇到什么困難，因為蒸汽壓力不像空氣壓力那樣要受到壓氣機出口壓力的限制。 本文針對某型渦輪的第一級靜葉進行了穩(wěn)態(tài)三維流固耦合數(shù)值模擬，應用Por/E和ANSYS ICEM軟件建立渦輪靜葉的計算模型及其計算網格，并應用ANSYS CFX對渦輪蒸汽冷卻葉片進行了熱耦合模擬，介紹了

4、葉片冷卻計算的數(shù)值模擬方法及其基礎理論，應用k-ε雙方程湍流模型，應用基于有限單元法的有限容積法進行離散，簡單介紹了全耦合式的不完全LU分解算法和多網格求解技術，簡單描述了流固耦合的參數(shù)傳遞和計算過程。 對兩種基本的強化換熱技術，即射流沖擊冷卻換熱和肋片繞流冷卻換熱進行了基礎研究，得到射流冷卻一些參數(shù)規(guī)律和肋片繞流的流場參數(shù)分布規(guī)律。然后在前面基本強化換熱的基礎上，先對間隔板式冷卻葉片進行了熱耦合計算，然后再設計了蒸汽射流沖擊式