燃气轮机叶片气膜冷却流场数值模拟

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1、浙江理工人学硕士学位论文摘要提高燃气轮机进口初温是提高其效率的关键技术之一，但因受部件材料耐高温性能的制约，进口初温的提升空间有限，而且需要一定冷却技术的辅助。气膜冷却技术即是应用最为广泛的叶片防热保护措施之一，因此研究与之相关的流动规律与传热特性对有效地保护叶片、指导燃气轮机设计有着重要的意义。本文借助Fluent软件平台，在分析总结已有实验结果的基础上，着重平板气膜冷却的模化，选择、确立有效的数值模型，进而借助该模型对平板气膜冷却流场变化特性和影响因素进行分析。通过对标准肛模型、RNG缸模型和Realizablek-骥型的计算比较，本文确立了以RNG缸

2、端流模型为主的数值计算方法，采用有限体积法，分离隐式求解稳态Navier-Stokes方程，压力一速度耦合采用SIMPLEC算法，计算区域的划分采用非结构化混合网格，对圆柱孔、扩散孔和横向扩散孔平板气膜冷却模型进行了冷态和热态流动数值模拟。对比了圆柱孔、扩散孔和横向扩散孔三种不同孔型、不同吹风比以及350、900和1450不同入射角度仅对平板气膜冷却效果的影响规律；对工业高温环境下的平板气膜冷却进行了计算，分析了壁面的气膜冷却绝热效率、壁面和射流中心线平面的温度分布，为实际叶片设计提供了具有指导意义的结论。本论文的研究结果表明，RNGk-模型的预测值比标准

3、缸模型和Realizablek-模型的预测值更为准确；在大部分的物理区域内，模拟值与实验值吻合度较好，各统计量的变化趋势一致，数值模拟有效可靠；对比三种孔型，横向扩散孔的冷却效果最好；冷却效率不随吹风比的变化而单调变化，而是存在最佳的吹风比。研究发现，射流角度对冷却效果影响很大，正向倾斜入射时，射流对主流的阻挡最小，与主流的混合最弱，对下游壁面附近温度场的影响最大：实际高温条件下的模拟结果验证了冷态流场计算时各种参数对气膜冷却效果的影响规律，温度场的分布显示了气膜在壁面上的覆盖情况和变化规律，为实际应用提供了参考依据。关键词：气膜冷却；湍流模型：数值模拟；

4、冷却效率浙江理工人学硕士学位论文NumericalsimulationofthefilmingcoolingfluidfieldofgasturbinebladesAbstractRaisingtheinletgastemperatureofgasturbineisoneofthekeytechnologiestoimprovetheefficiencyofgasturbine．However，theincreaseoftheinletgastemperatureislimitedbecausetheheatresistanceofthematerials

5、ofturbinebladeshastobeconsidered．Therefore，acoolingtechniqueisneededtosupporttheturbinepartsinoperation．Thefilmcoolingtechniqueisoneofthemostwidelyusedmeasurestoprotecttheturbineblades．Asaresult,studyingtheflowandheattransferperformanceofblade’Sfilmcoolingpossessesissignificantfor

6、protectingthebladeeffectivelyanddesigningthegasturbine．Inthispaper，usingtheFLUENTsoftwareandconsideringthepreviousexperimentalresults，theestablishementofafilmcoolingmodelonaflatplatewasdone．AneffectivenumericalmodelWaschoosenandestablishedanditWasusedtoanalysetheflowcharacteristic

7、s．BycomparingtheStandardk-eturbulencemodelwimRNGk-eandRealizablek-eturbulencemodelsfromtheresultsofnumericalsimulation,theRNGk-emodelWasselectedasthemainnumericalcalculationmethodinthispaper．Usingfinitecontrolvolumemethod，SIMPLECalgorithmandunstructuredmeshes，segregatedimplicitste

8、adysolver,theNavier-Stokesequatio