燃气透平高温叶片前缘旋流/气膜复合冷却气热性能与流热耦合机理研究
批准号:
52076168
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
刘钊
依托单位:
学科分类:
内流流体力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘钊
中文摘要
针对现代燃气透平高温叶片前缘热负荷过高、流场复杂且由于结构原因难以有效冷却等原因造成易于烧蚀的问题,本项目拟对叶片前缘旋流/气膜复合冷却气热性能与流热耦合作用机理开展研究,采用先进的可视化流动和传热测试技术以及精确的流热耦合数值模拟方法和理论分析,通过详细研究不同气动和结构参数及旋转状态等对叶片前缘旋流/气膜复合冷却的影响规律,阐明各参数对叶片前缘旋流/气膜复合冷却流动结构、传热特性和损失特征的作用机制,揭示叶片前缘旋流/气膜复合冷却的流热耦合作用机理,探索叶片前缘旋流/气膜复合冷却结构的优化方向,寻求利用冷却结构的合理布置控制叶片材料内部的温度梯度的方法,建立叶片前缘旋流/气膜复合冷却的设计方法,为发展先进的叶片前缘冷却设计技术,研发具有自主知识产权的燃气透平高温叶片奠定理论基础并提供技术支撑。
英文摘要
Modern gas turbine inlet temperature is pushed far beyond the material melt temperature, and correspondly turbine component, especially the leading edge of first stage turbine blade, is scoured by very high temperature inflows as well as very high heat flux. To make sure the safety works of gas turbine, high performance cooling technology must be applied to the blade leading edge. Therefore, this project plans to investigate experimentally and numerically the aero-thermal (fluid-heat) coupled mechanism of swirl and film composite cooling in turbine blade leading edge with the help of test visualization technology and advanced CFD method, to understand the effect of different flow, geometrical parameters, and blade rotation on the flow structure, resistance and conjugate heat transfer characteristics of swirl and film composite cooling, to reveal the fluid-heat coupling mechanism of swirl and film composite cooling, and subsequently to offer solid theoretical basis and experimental verification for the development of efficient blade leading edge cooling technology, thus providing related theoretical foundation for the research and development of our self-owned intellectual property in the high temperature gas turbine blade.
燃气透平进口温度决定了其热效率和性能,因此,其发展一直伴随着进口温度的提高。而透平叶片前缘在高温燃气的强烈冲刷作用下,其热负荷非常高,易于烧蚀。为确保透平高温叶片高效可靠的工作,必须采用有效的冷却技术对其进行保护。本课题以叶片前缘旋流/气膜复合冷却为研究对象,采用数值模拟和实验测量手段,对透平叶片前缘旋流/气膜复合冷却的流动换热进行了系统的数值分析与实验验证。首先完成了试验台的搭建,采用瞬态热敏液晶(TLC)技术对其内部换热系数进行了测量,并采用红外热像技术对叶片表面气膜冷却有效度及叶片表面换热特性进行了测量;在此基础上,采用试验数据对不同湍流模型的数值计算结果进行了考核,对不同湍流模型数值求解叶片前缘模型旋流/气膜复合冷却流动和换热的精度进行了实验验证,结果表明采用带曲率修正的标准 k-ω 模型计算的结果与实验结果吻合得较好。然后研究了冷气质量流量比、气膜孔角度、内部肋结构、肋角度及位置等气动参数与结构参数对叶片前缘模型内部通道中旋流冷却及旋流气膜复合冷却得的影响规律,分析了每种结构下雷诺数对叶片前缘模型整体换热性能的影响;并在此基础上以GE-E3第一级动叶前缘为研究对象,采用热流耦合的数值方法,对不同肋片布置下动叶前缘内部冷却进行了研究;最后分析了复合冷却中不同质量流量比、气膜孔径向角与肋片结构对动叶前缘旋流/气膜复合冷却的影响。结果表明,在研究范围内,气膜孔角度越小,透平动叶前缘的平均综合冷却效率越高。前缘气膜冷气对叶顶和端壁还具有一定得二次冷却效果。肋片的存在能使旋流腔靶面努塞尔数与靶面热流量增加,当射流孔上游位置布置倾角=80°肋片时,叶片表面综合冷却有效度最好,较无肋片布置情况前缘壁温降低3.30K。项目研究结果对在叶片前缘旋流/气膜复合冷却设计中考虑各种不同因素的影响,提高透平叶片冷却效率和整机效率、指导工程设计、叶片内部冷却理论的发展完善有指导意义。
京尼平交联脱细胞角膜基质制备美容性彩色角膜镜片和屈光性角膜透镜
-
批准号:81400380
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:23.0万元
-
批准年份:2014
-
负责人:刘钊
-
依托单位:
高温叶片前缘内部旋流冷却的流动与传热机理研究
-
批准号:51406161
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:25.0万元
-
批准年份:2014
-
负责人:刘钊
-
依托单位:
国内基金
海外基金