涡轮小翼叶顶结构的气动传热特性及粒子沉积分析

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liufendou
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燃气轮机技术是国防科工领域内至关重要的发展技术,而燃气轮机的核心之一就是涡轮。然而,涡轮发展将面临两大问题。其一,涡轮叶片内因留有的叶顶间隙形成流动,将会引起涡轮内的流动损失。如果不能对叶顶泄漏流的进行有效的控制,则将导致涡轮的流动损失增加和效率降低,而且也会引起显著的热负荷,从而使叶片尖部和外壁面产生强热应力。其二,涡轮在非理想工况下,将面临含砂或尘埃的气流的影响,导致微小颗粒物的侵入。在通道内,微小颗粒在局部区域形成沉积而造成局部高温,最后导致部件损坏。针对上述阐述的问题,本研究将采用改变叶顶结构的方式,有效地控制叶顶间隙泄漏流,改变叶顶附近的流场结构,从而缓解叶顶严峻的换热情况。同时,探究不同叶顶结构下,粒子在涡轮叶片内运动规律及换热。本文将以高负荷涡轮转子叶片为模型,建立平面叶栅。首先,对比不同间隙高度下有无叶尖小翼的叶顶结构流动和传热系数分布,分析得出叶尖小翼结构对流动损失的控制机理和对叶顶换热的影响。然后,对比不同厚度的叶尖小翼叶顶结构对涡轮叶片气动性能和传热特性的影响,分析了适用于该涡轮叶片在不用间隙下控制叶顶泄漏流的优良叶尖小翼叶型。同时在此基础上,对叶尖小翼叶型结构进行了改进。分析了不同叶顶小翼结构的出口截面总压损失系数和叶顶传热系数分布,发现了优化后的叶尖小翼叶顶结构的改善效果较好,并为实际中涡轮叶片加装叶尖小翼叶型提供理论指导。最后,计算分析了不同颗粒属性的粒子在不同叶顶小翼结构的涡轮叶栅内的运动轨迹分布特征。探究了粒子直径变化对粒子运动及沉积的影响。研究结果表明:合理的叶尖小翼叶顶结构,既能够降低涡轮叶片总体流动损失,又能降低叶顶的热负荷压力。涡轮叶片叶顶结构改变了粒子运动轨迹,但粒子自身属性影响轨迹分布更为明显。
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