蒸汽冷卻葉片強化換熱研究.pdf

1、開發(fā)先進高效渦輪葉片冷卻技術，是發(fā)展現代先進燃氣輪機的關鍵技術之一。蒸汽冷卻葉片與傳統(tǒng)的空氣冷卻葉片相比有諸多優(yōu)點：一方面，蒸汽的熱容性能優(yōu)于空氣，其冷卻效率能保證葉片可承受更高的燃燒溫度；另一方面，蒸汽冷卻技術的應用可以減少壓氣機中空氣的抽取量，有利于提高燃氣輪機及聯(lián)合循環(huán)的熱效率。 本文應用Pro/E和ICEM軟件建立幾何模型及其計算網格，并利用全三維數值模擬軟件Fluent對渦輪葉片冷卻流場進行了數值模擬，計算中采用標準κ

2、-ε雙方程湍流模型和SIMPLE算法。具體工作如下： 1．單孔平板氣膜冷卻和陣列針肋通道的數值模擬?？疾炝瞬煌碉L比時的絕熱溫比，發(fā)現M=0.5時氣膜冷卻的效果最好。增大進口雷諾數，兩種排列的針肋通道強化換熱效果都隨之加強，順列針肋的加強效果更明顯。 2．氣膜—針肋復合式冷卻葉片的數值模擬。在上述研究的基礎上，根據某渦輪第一級導葉設計了氣膜—針肋復合式冷卻葉片，優(yōu)化設計了氣膜排孔的位置、孔徑和針肋的排列方式，達到了較好的

3、冷卻效果。葉片表面溫度隨著冷卻空氣的增加而降低，不同氣膜排孔之間絕熱溫比的分布并不均勻。 3．沖擊—肋片式蒸汽冷卻葉片的數值模擬。對噴射冷卻孔的位置、角度和直徑進行改進，用最少的冷卻蒸汽來達到冷卻要求。增大蒸汽質量流量時葉片表面溫度隨之降低，降低的趨勢越來越小。 增大或減小主燃氣攻角使得氣膜—針肋復合冷卻葉片冷卻效果變差，而對沖擊—肋片式蒸汽冷卻葉片幾乎沒有影響；兩種葉片在使用蒸汽作為冷卻工質時的壁面溫度都比使用空氣冷卻