论文部分内容阅读
重型燃气轮机标志着一个国家综合国力以及重大技术的发展水平,性能要求高并且工作条件苛刻。由于燃气轮机的热效率随着透平转子进口温度的提高而增加,运行温度远高于叶片的允许温度,必须限制叶片材料的温度水平和温度变化,以保证叶片合理的使用寿命。采用有效的冷却技术不仅能够提高燃气初温,延长涡轮叶片寿命,而且对提高燃气轮机的效率,保证机组安全稳定运行,减少污染物的排放量,保护环境等具有重要的意义。蒸汽冷却较空气冷却的优点表现为：蒸汽的导热性能要优于空气,其冷却效率较高；不需要从压气机中抽取空气,有利于提高压气机的效率,从而使燃气轮机整机的效率有所提高。所以本文采用闭式蒸汽冷却方式,通过流固耦合数值模拟计算,分析燃气轮机第一级涡轮动叶片的冷却特性。首先,根据不同的冷却技术特点和涡轮动叶片各部位热负荷以及形状差异,设计了四种不同冷却结构的涡轮动叶片,分别是：(1)尾缘具有顺列扰流柱冷却结构叶片；(2)尾缘具有错列扰流柱冷却结构叶片；(3)尾缘具有不均匀圆柱扰流柱冷却结构叶片；(4)尾缘具有不均匀斜柱扰流柱冷却结构叶片。之后应用SolidWorks软件分别建立这四种冷却结构叶片的物理模型。其次,在相同热负荷及边界条件下,利用FLUENT软件分别对四种尾缘具有不同扰流柱冷却结构叶片进行流固耦合数值模拟分析,分别对四种叶片的叶栅通道压力及速度分布情况、叶片外壁面温度分布情况、相对冷却效果、最高温度、平均温度及平均相对冷却效果进行比较,结果表明尾缘具有不均匀斜柱扰流柱冷却结构叶片的冷却效果最好。最后,针对冷却效果最好的叶片模型进行温度、压力、质量流量等不同工况下的流固耦合数值模拟,分析其传热与流动特性,得出不同工况下叶片的叶栅通道压力及速度分布情况、叶片外壁面温度分布情况、相对冷却效果、最高温度、平均温度及平均相对冷却效果的变化规律,分析出不同工况的变化对叶片冷却效果的影响。为燃气轮机涡轮叶片冷却技术的研究提供参考。