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动力工程学报 2015年第4期35卷 280-286页

作者：张玲郭瑞红李浩郭达飞东北电力大学能源与动力工程学院吉林省吉林132012 华能国际电力有限公司玉环电厂浙江台州317604 华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司内蒙古包头014013

采用Fluent分离隐式求解器进行稳态计算,在吹风比为0.5、1.0、1.5和2.0的情况下,采用Realizable k-ε湍流模型对圆柱孔、单入双出孔和姊妹孔平板气膜冷却进行数值模拟,讨论不同孔形平板主流方向和平板横向的冷却效率以及流场变化.结果表... 详细信息

采用Fluent分离隐式求解器进行稳态计算,在吹风比为0.5、1.0、1.5和2.0的情况下,采用Realizable k-ε湍流模型对圆柱孔、单入双出孔和姊妹孔平板气膜冷却进行数值模拟,讨论不同孔形平板主流方向和平板横向的冷却效率以及流场变化.结果表明:主流方向在近孔区域姊妹孔冷却效率高于单入双出孔,且随着吹风比的增大优势更加明显,但是由于射流贴附壁面较早,射流与主流掺混引起动量损失,到远孔区域以后,姊妹孔冷却效率稍微下降,低于单入双出孔;姊妹孔平板横向近孔区域的气膜层分布较均匀,单入双出孔远孔区域由于主孔与次孔射流速度差引起气膜层偏移,导致平板一侧冷却效果好,另一侧冷却效果欠佳;吹风比较小时单入双出孔冷却效果较佳,大吹风比下姊妹孔优势明显.

关键词：气膜冷却单入双出孔姊妹孔冷却效率数值模拟

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姊妹孔气膜冷却效率的研究

姊妹孔气膜冷却效率的研究

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作者：郭瑞红东北电力大学

学位级别：硕士

燃气轮机在航空、陆用发电和各种工业领域中有着广泛的应用,涡轮入口温度已经远高于叶片材料的熔点,燃气轮机热效率和输出功率随着透平进口温度的提高而增加。准确预估气膜冷却效果对涡轮叶片的设计起着至关重要的作用。影响气膜冷却的... 详细信息

燃气轮机在航空、陆用发电和各种工业领域中有着广泛的应用,涡轮入口温度已经远高于叶片材料的熔点,燃气轮机热效率和输出功率随着透平进口温度的提高而增加。准确预估气膜冷却效果对涡轮叶片的设计起着至关重要的作用。影响气膜冷却的因素很多,孔型的影响尤为显著。复杂的异型孔冷却效率有大幅度的提高,但是由于受加工工艺与费用的限制,圆柱型冷却孔依旧广泛应用;因此,找到一种既可以提高气膜隔热效果又不增加气膜孔的加工难度的气膜孔孔型,是当今一项重要的课题。本文利用FLUENT软件对Navier-Stokes方程进行求解,采用Realizableκ-ε模型,基于SIMPLE算法,采用有限体积法对控制方程进项离散,方程的离散项采用二阶迎风格式,研究了姊妹孔夹角角度对气膜冷却的影响,以及最佳角度下的姊妹孔结构和单入双出孔气膜冷却的优劣性。结果表明：姊妹孔提高冷却效率的方式主要是通过两个次孔产生的涡旋结构和主孔涡旋结构相互作用,将被抬起的射流中心向横向方向拉拽,破坏反向对涡旋,将升力变为展向拉力,既提高了射流贴壁性又提高了展向覆盖面积。姊妹孔相对于其他复杂异型孔来说,更便于加工,而且可以大幅度提高气膜冷却效率,在实际生产中有很大的应用前景。姊妹孔相对于圆柱孔可以大幅度提高冷却效率随着吹风比增大,不同夹角姊妹孔冷却效率差别愈加明显。综合考虑近孔区域冷却效率和远孔区域冷却效率,姊妹孔最佳夹角角度是30°,其下游延伸和横向覆盖面积都比其他两种情况大。姊妹孔30°与单入双出孔相同开孔率条件下比较得出：主流方向在近孔区域姊妹孔冷却效率高于单入双出孔,且随着吹风比的增大优势更加明显,但是由于射流贴附壁面较早,射流和主流掺混引起动量损失,到远孔区域以后,姊妹孔冷却效率稍稍下降,小于单入双出孔;姊妹孔平板横向近孔区域气膜层分布较均匀,单入双出孔远孔区域由于主孔、次孔射流速度差引起气膜层偏移,导致平板一侧冷却效果好,另一侧冷却效果欠佳;吹风比较小时单入双出孔冷却效果较佳，大吹风比下姊妹孔优势明显。

关键词：姊妹孔单入双出孔数值模拟气膜冷却

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