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层板-热障涂层复合结构的综合冷却效率和力学性能
1
作者 白波 张嘉伟 +2 位作者 郝铭扬 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2026年第3期97-109,共13页
为阐明层板-热障涂层(TBC)复合结构气热性能与应力分布特征,实现层板冷却结构与TBC高效耦合目标,采用共轭传热模型,提出了复合结构流-固-力耦合数值预测方法,系统研究了气膜板厚度(H_(f)=0.8d,1.0d,1.2d,d为气膜孔直径)与TBC厚度(H_(TBC... 为阐明层板-热障涂层(TBC)复合结构气热性能与应力分布特征,实现层板冷却结构与TBC高效耦合目标,采用共轭传热模型,提出了复合结构流-固-力耦合数值预测方法,系统研究了气膜板厚度(H_(f)=0.8d,1.0d,1.2d,d为气膜孔直径)与TBC厚度(H_(TBC)=0.6d,0.8d,1.0d)对复合结构综合冷却特性和应力分布的影响。研究结果表明:复合结构TBC表面和金属基体表面综合冷却效率对气膜板厚度变化不敏感,不同气膜板厚度下复合结构综合冷却效率差异小于1.0%。增加TBC厚度可以显著增强复合结构金属基体表面综合冷却效率,在H_(TBC)为1.0 d时,相较于参考工况综合冷却效率增幅约为15.6%。气膜板厚度与TBC厚度对复合结构力学性能影响具有拮抗效应,随着H_(f)和H_(TBC)增加,等效应力降幅和等效应力增幅分别超过10.0%和23.5%。复合结构中气膜孔出口、金属基体/TBC交界面和气膜孔入口附近存在应力集中现象,气膜孔前缘应力沿径向呈W型分布,在金属基体/TBC交界面处出现等效应力峰值。增加气膜板厚度可以改善金属基体内部力学性能,喷涂较厚的TBC可以缓解金属基体/TBC交界面应力集中,降低TBC剥落风险,但会显著增强气膜孔出口附近应力水平(最大等效应力超过1000 MPa),因此建议在层板-TBC复合结构设计中采用较厚的气膜板(H_(f)=1.2 d)和喷涂合适厚度TBC(H_(TBC)=0.8 d)的方案。 展开更多
关键词 层板冷却 热障涂层 复合结构 综合冷却效率 应力分布
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基于PointNet和CGAN的锯齿状槽道冷却性能研究
2
作者 刘金江 李军现 +3 位作者 黄鑫 韩泽涛 张润生 杜小泽 《动力工程学报》 北大核心 2026年第3期158-167,共10页
针对现有机器学习模型预测气膜冷却效率分布时依赖低维特征输入,且模型不具有通用性的问题,提出了一种基于PointNet与条件生成对抗网络(CGAN)的数据驱动框架。该框架将计算域中的不规则网格节点转换为点云形式,通过PointNet提取全局特... 针对现有机器学习模型预测气膜冷却效率分布时依赖低维特征输入,且模型不具有通用性的问题,提出了一种基于PointNet与条件生成对抗网络(CGAN)的数据驱动框架。该框架将计算域中的不规则网格节点转换为点云形式,通过PointNet提取全局特征和局部特征,并以此特征作为条件信息,促使CGAN的生成器重构出与计算流体力学(CFD)高度一致的二维流场分布图,然后通过判别器进行对抗训练以提升输出图像的细节。实验中以锯齿状槽道为研究对象,结果表明:训练集和测试集的绝对误差不超过0.05,相对误差不超过6%,计算耗时低于传统CFD方法。所构建的模型在样本充足时能够适配所有气膜冷却结构,并解决了稀疏点云数据无法高精度重构气膜冷却效率分布的问题。 展开更多
关键词 气膜冷却 锯齿状槽道 条件生成对抗网络 PointNet 冷却效率
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低雷诺数涡轮叶栅流场的数据同化方法
3
作者 沈斌 彭昊 +1 位作者 陈榴 戴韧 《动力工程学报》 北大核心 2026年第2期36-44,共9页
低雷诺数涡轮叶栅流动的数值模拟结果与计算边界条件和湍流预测能力有关。应用集合卡尔曼滤波法,建立了基于少量实验测量数据与雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方程计算流体力学(CFD)解的数据同化方法,并且在2种典型涡轮叶栅上验证了该方... 低雷诺数涡轮叶栅流动的数值模拟结果与计算边界条件和湍流预测能力有关。应用集合卡尔曼滤波法,建立了基于少量实验测量数据与雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方程计算流体力学(CFD)解的数据同化方法,并且在2种典型涡轮叶栅上验证了该方法。通过导向叶栅尾迹形态的测量值修正叶栅计算域入口的速度分布。同化后尾迹损失的平均相对误差减小了30%。在PakB叶型上,以叶片表面静压测量值同化剪切应力输运(SST)模型的8个预设常数。同化后叶片表面静压系数的平均相对误差减小了21%。基于实验测量的数据同化降低了CFD模拟中的不确定度,提升了RANS方程分析涡轮低雷诺数流动的可信度。 展开更多
关键词 涡轮叶栅 低雷诺数 数据同化 集合卡尔曼滤波 湍流模型
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基于二维有限差分法的燃气轮机机匣轮毂动态传热仿真研究
4
作者 刘洋 刘永葆 +1 位作者 曲林伟 王强 《节能技术》 2026年第1期27-33,51,共8页
热惯性对燃气轮机的动态性能有明显的影响,燃气轮机机匣和轮毂与其他部件相比具有较大的体积与比热,会在燃气轮机过渡过程中与工质产生传热效应,影响燃气轮机的动态性能。在燃气轮机动态传热仿真研究中,传统的集中参数法(LPM)无法反映... 热惯性对燃气轮机的动态性能有明显的影响,燃气轮机机匣和轮毂与其他部件相比具有较大的体积与比热,会在燃气轮机过渡过程中与工质产生传热效应,影响燃气轮机的动态性能。在燃气轮机动态传热仿真研究中,传统的集中参数法(LPM)无法反映燃气轮机机匣轮毂内温度空间分布的不均匀性,会导致传热计算出现显著误差。本文提出了二维有限差分法(TFDM),将机匣轮毂沿轴向和径向分别离散为若干有限单元,通过能量守恒建立各单元的温度动力学方程,并基于Simulink平台实现仿真。本研究通过合理的物理模型假设、科学的控制方程离散化方法、准确的边界条件处理策略,获得了比集中参数法更精确的壁面温度仿真结果。以燃气轮机起动、减速过程为例,本方法的仿真精度与集中参数法相比较,起动过程中,壁温平均相对误差减小11.4%,升温时刻相对误差减小18.2%;减速过程中,壁温平均相对误差减小15.5%,降温时刻相对误差减小7.5%。表明该方法可更准确反映动态过程中涡轮机匣温度变化以及热惯性导致的温度响应滞后特性,证实了本模型在动态传热仿真中的优势。 展开更多
关键词 燃气轮机 传热效应 机匣轮毂 二维有限差分法 SIMULINK仿真
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氢燃气轮机燃烧特性与涡轮气热性能研究进展
5
作者 白波 张昊 +2 位作者 黄海 李志刚 李军 《动力工程学报》 北大核心 2026年第3期53-67,共15页
在全球能源转型和降碳减排背景下,国际社会普遍将氢能作为零碳能源体系的重要组成部分。氢燃气轮机作为电力系统零碳化和新型多能互补体系构建的重要支撑,凭借零碳排放潜力、灵活调峰特性及与可再生能源高度耦合能力等优势,成为未来电... 在全球能源转型和降碳减排背景下,国际社会普遍将氢能作为零碳能源体系的重要组成部分。氢燃气轮机作为电力系统零碳化和新型多能互补体系构建的重要支撑,凭借零碳排放潜力、灵活调峰特性及与可再生能源高度耦合能力等优势,成为未来电力系统深度脱碳的重要路径。从掺氢/纯氢燃料燃烧及排放特性、氢燃气轮机优势和涡轮叶栅气热性能三方面,梳理总结了碳基燃料掺氢或纯氢燃料高效稳定燃烧、高温高湿环境中涡轮叶栅热防护设计和强脉动流场中涡轮叶栅气膜冷却组织面临的难点挑战。最后结合目前氢燃气轮机涡轮叶栅气热性能研究现状,提出了燃氢涡轮叶栅高效气膜冷却设计思路和展望。 展开更多
关键词 氢燃气轮机 降碳减排 能源转型 燃烧特性 涡轮气热性能
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高温燃料电池/燃气轮机混合发电系统研究进展
6
作者 张昊 杨锐 +2 位作者 杨建道 李志刚 李军 《动力工程学报》 北大核心 2026年第2期64-79,共16页
针对高温固体氧化物燃料电池/燃气轮机混合发电系统(SOFC-GT)技术,讨论了SOFC-GT系统的示范性工程、半物理实验平台和计算机仿真等研究的研究进展以及面临的挑战,展望了其未来“高效清洁、联合循环、微型分布式发电”的发展特点,以及相... 针对高温固体氧化物燃料电池/燃气轮机混合发电系统(SOFC-GT)技术,讨论了SOFC-GT系统的示范性工程、半物理实验平台和计算机仿真等研究的研究进展以及面临的挑战,展望了其未来“高效清洁、联合循环、微型分布式发电”的发展特点,以及相应的燃烧室、透平设计等延伸技术。 展开更多
关键词 能源系统工程 混合发电系统 高温燃料电池 燃气轮机
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基于符号回归与待定系数优化的气膜冷却经验关联式构造方法
7
作者 严晓 马灿 +1 位作者 苏欣荣 袁新 《动力工程学报》 北大核心 2026年第4期30-38,共9页
针对透平设计中经验关联式构造依赖学者经验,半经验半拟合方法不确定性大,且传统多项式拟合泛化性差、物理意义不足的问题,提出一种基于符号回归与待定系数优化的气膜冷却经验关联式构造方法。以气膜冷却横向平均有效度和表面有效传热... 针对透平设计中经验关联式构造依赖学者经验,半经验半拟合方法不确定性大,且传统多项式拟合泛化性差、物理意义不足的问题,提出一种基于符号回归与待定系数优化的气膜冷却经验关联式构造方法。以气膜冷却横向平均有效度和表面有效传热系数为研究对象,针对工业设计场景,改进符号回归方法,通过选取关键特征量,添加待定系数并结合最小二乘法优化,构造适用于不同孔型、湍流度等工况的关联式。结果表明:根据改进后的方法所构造的关联式拟合效果优异,相关系数最高达0.9972,表面传热系数最大相对误差为8.47%,符合气膜冷却物理规律,且能有效外推预测其他工况的参数值。 展开更多
关键词 符号回归 经验关联式 气膜冷却 待定系数优化
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轮缘密封试验台研建及调试试验分析
8
作者 刘夏 马也 +3 位作者 张旭妍 刘志刚 王晖 熊燕 《动力工程学报》 北大核心 2026年第3期119-126,138,共9页
基于高效低碳燃气轮机试验装置——轮缘密封试验台(TB03B),针对1.5级燃气透平前盘腔及鱼嘴密封结构开展了系列的试验研究,并采用CO_(2)示踪法监测燃气入侵。该试验台可系统开展封严效率、燃气入侵、盘腔流动及透平气动综合效率等试验研... 基于高效低碳燃气轮机试验装置——轮缘密封试验台(TB03B),针对1.5级燃气透平前盘腔及鱼嘴密封结构开展了系列的试验研究,并采用CO_(2)示踪法监测燃气入侵。该试验台可系统开展封严效率、燃气入侵、盘腔流动及透平气动综合效率等试验研究。结果表明:该试验台具备1.5级透平试验能力,最高转速3000 r/min,主气最大质量流量10 kg/s;试验台性能参数均能达到且大部分优于设计指标;封严效率随二次流压比的增大而提高,周向均匀性同步改善;盘腔内高半径处封严效率与静叶叶根处压力梯度呈显著负相关,低半径处受二次流的掺混等影响导致相关性减弱。 展开更多
关键词 轮缘密封 CO_(2)示踪 燃气入侵 集成主流场
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关于压气机的总体性能计算模型研究
9
作者 李建华 李林浩 +5 位作者 胡胜波 阮文弟 程国强 高原 张翔宇 张本瑞 《科技创新与生产力》 2026年第2期66-68,74,共4页
为了建立可靠的压气机性能计算模型从而建立燃气轮机整机仿真模型,将压气机的总体性能分成部分转速区和设计转速区,分别运用二步多项式拟合算法实现对压气机全运行范围内性能参数的解析表达。通过将该模型应用于某型燃气轮机压气机的特... 为了建立可靠的压气机性能计算模型从而建立燃气轮机整机仿真模型,将压气机的总体性能分成部分转速区和设计转速区,分别运用二步多项式拟合算法实现对压气机全运行范围内性能参数的解析表达。通过将该模型应用于某型燃气轮机压气机的特性曲线,经验证可知该模型兼具方法简单和精度高的优点,具有实用价值。 展开更多
关键词 燃气轮机 压气机 性能计算模型
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燃气和燃氢涡轮叶栅端壁传热和气膜冷却特性
10
作者 黄海 张昊 +2 位作者 白波 李志刚 李军 《热力透平》 2026年第1期1-9,共9页
在“碳达峰”“碳中和”能源转型目标下,燃气轮机掺氢和全氢燃烧已成为源头降碳的重要举措。零碳工质(氢气)燃烧会导致产物中水蒸气比例升高及热物性改变,这会显著影响下游涡轮叶栅气热性能。研究了不同工质(甲烷和氢气)燃烧后的组分变... 在“碳达峰”“碳中和”能源转型目标下,燃气轮机掺氢和全氢燃烧已成为源头降碳的重要举措。零碳工质(氢气)燃烧会导致产物中水蒸气比例升高及热物性改变,这会显著影响下游涡轮叶栅气热性能。研究了不同工质(甲烷和氢气)燃烧后的组分变化,对比分析了不同燃气组分和吹风比1.0、2.5和3.5对叶栅端壁传热特性和气膜冷却性能的影响。研究表明:零碳工质燃烧产物中水分含量增加,近端壁比热容增大,这导致端壁局部传热系数显著增加(增幅约10%)和冷却效率显著下降(降幅约10%)。随着吹风比增加(由1.0到3.5),零碳工质导致的端壁气热性能衰退现象逐渐弱化,其平均传热系数增幅从约7.0%降至约4.5%,冷却效率降幅从约6.0%降至约4.0%。研究成果揭示了燃烧工质转变对下游叶栅气热性能的影响机制,可为燃氢涡轮叶栅高效冷却布局设计提供技术参考。 展开更多
关键词 燃气轮机 燃氢涡轮 静叶端壁 传热特性 气膜冷却特性
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燃气轮机压气机转子无损取出叶轮和平衡盘的问题处理
11
作者 曹欣 吴永恒 +4 位作者 余求问 洪杰 柴一斌 黄冰 张斌 《金属加工(冷加工)》 2026年第1期135-138,共4页
针对某型燃气轮机压气机因使用不当导致转子弯曲需大修的问题,介绍了一种采用镗刀切断法的工艺方案,可高效、无损伤地取出过盈配合的叶轮和平衡盘。该方案有效解决了传统大修工艺周期长、成本高的痛点,为同类型设备返修提供了实用借鉴,... 针对某型燃气轮机压气机因使用不当导致转子弯曲需大修的问题,介绍了一种采用镗刀切断法的工艺方案,可高效、无损伤地取出过盈配合的叶轮和平衡盘。该方案有效解决了传统大修工艺周期长、成本高的痛点,为同类型设备返修提供了实用借鉴,具有良好的推广价值。 展开更多
关键词 数控镗铣床 大修 转子 镗刀切断法 无损伤 叶轮 平衡盘
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面向操作的向心径流膨胀机计算模型及应用
12
作者 高腾飞 《石油化工设计》 2026年第1期38-43,I0002,共7页
膨胀机用于回收工质膨胀过程中释放的能量。实际运行中工质组成的动态变化,要求实时调节操作参数以保障能量回收最优效果。现基于工质轻化(即H_(2)摩尔分数增加、C_(2)H_(4)摩尔分数下降)的实际工程案例,通过Aspen Hysys模型系统分析膨... 膨胀机用于回收工质膨胀过程中释放的能量。实际运行中工质组成的动态变化,要求实时调节操作参数以保障能量回收最优效果。现基于工质轻化(即H_(2)摩尔分数增加、C_(2)H_(4)摩尔分数下降)的实际工程案例,通过Aspen Hysys模型系统分析膨胀机性能的影响因素。结果表明,当工质轻化时,仅依靠转速调节提升能量回收效果有限,而调整质量流量可显著提高回收效率;同时,采用双级串联设计能有效避免叶轮超音速运行,从而提高系统稳定性和能量回收性能。 展开更多
关键词 膨胀机 能量回收 工质轻化
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摩擦系数对燕尾形叶根-轮槽静强度的影响
13
作者 陈良 李雪松 《热能动力工程》 北大核心 2025年第1期1-9,共9页
为了研究摩擦系数对燕尾形叶根-轮槽静强度的影响规律及机理,以某300 MW F级重型燃气轮机燕尾形叶根-轮槽模拟件为研究对象,针对摩擦系数取值0~1的范围开展了有限元数值模拟,分析了等效应力、法向接触力、切向接触力、滑移量等参数的变... 为了研究摩擦系数对燕尾形叶根-轮槽静强度的影响规律及机理,以某300 MW F级重型燃气轮机燕尾形叶根-轮槽模拟件为研究对象,针对摩擦系数取值0~1的范围开展了有限元数值模拟,分析了等效应力、法向接触力、切向接触力、滑移量等参数的变化规律及原因。结果表明:燕尾形叶根-轮槽最大等效应力随着摩擦系数的增大而先减小后增大,说明设计与安装时接触面摩擦系数的选取不一定越小越好;摩擦系数从0.1增大到0.5,燕尾形叶根-轮槽最大等效应力增大了30.45%,说明燃气轮机运行中接触面摩擦系数的增大对叶根-轮槽危害较大;当摩擦系数小于0.5时,摩擦系数对燕尾形叶根-轮槽的影响较大,当摩擦系数大于0.5时,由于接触面摩擦状态由滑移逐渐变为粘着,摩擦系数的影响逐渐减弱;摩擦系数对燕尾形叶根-轮槽静强度的影响通过接触面上法向接触力、切向接触力、摩擦状态的共同作用来实现;齿面所有位置的等效应力峰值随着法向接触力的减小而减小,倒角等效应力峰值及其邻近接触面边缘的等效应力峰值随着切向接触力的增大而增大。 展开更多
关键词 燃气轮机 燕尾形 摩擦系数 静强度 有限元分析
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基于灰色关联分析的柴油机气道结构参数对气道性能的影响
14
作者 包广元 张韦 +2 位作者 何超 王东鸽 李加强 《内燃机工程》 北大核心 2025年第3期79-87,共9页
为提升车用柴油机螺旋进气道的性能,通过灰色关联分析,系统研究了螺旋室高度、气道偏心距及气道偏转角对气道性能的影响规律。研究结果表明,气道结构参数按照对涡流比和进气量的影响权重由高到低排序依次为螺旋室高度、气道偏心距、气... 为提升车用柴油机螺旋进气道的性能,通过灰色关联分析,系统研究了螺旋室高度、气道偏心距及气道偏转角对气道性能的影响规律。研究结果表明,气道结构参数按照对涡流比和进气量的影响权重由高到低排序依次为螺旋室高度、气道偏心距、气道偏转角。当螺旋室高度为5.04 mm而气道偏心距为2.82 mm时,涡流比达到最大值2.102。当螺旋室高度为5.04 mm,气道偏转角为-5.2°时,进气量达到最大值0.715 g。通过多项式逼近算法,建立了涡流比模型和进气量模型。这两个模型在预测精度和拟合度方面表现优异,涡流比与进气量的均方根误差分别为0.04和0.05,拟合优度分别为0.95和0.93。 展开更多
关键词 柴油机 螺旋进气道 结构参数 灰色关联分析 多项式逼近算法
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低雷诺数下涡轮叶顶凹槽泄漏流动特性的数值研究
15
作者 彭昊 沈斌 +1 位作者 戴韧 陈榴 《动力工程学报》 北大核心 2025年第9期1379-1386,1411,共9页
减少叶顶泄漏损失对于提高低雷诺数涡轮气动性能至关重要。通过数值模拟方法,对比了平顶叶尖结构,分析了雷诺数Re在3.5×10^(4)~35×10^(4)范围内凹槽叶尖间隙内的流动特性。结果表明:当叶栅与机匣存在相对运动时,叶顶泄漏损失... 减少叶顶泄漏损失对于提高低雷诺数涡轮气动性能至关重要。通过数值模拟方法,对比了平顶叶尖结构,分析了雷诺数Re在3.5×10^(4)~35×10^(4)范围内凹槽叶尖间隙内的流动特性。结果表明:当叶栅与机匣存在相对运动时,叶顶泄漏损失在总损失中的占比与雷诺数有关,泄漏损失随着雷诺数的增大而增大;在常规低雷诺数范围内,还存在一个第二临界雷诺数Re_(cr,2)=6×10^(4),当Re<Re_(cr,2)时,叶顶凹槽不仅无法减少泄漏质量流量,反而会加剧泄漏流与主流的掺混,增大叶顶流场处的流动损失;当Re>Re_(cr,2)时,凹槽结构能够有效抑制泄漏质量流量,提升涡轮级效率,在本文计算工况中,效率最大提升幅度可达0.28百分点。 展开更多
关键词 透平级 低雷诺数 剪切层 间隙流动 凹槽结构
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基于场协同原理的燃气主机箱体散热分析及优化
16
作者 黄志强 张国旭 +4 位作者 王智勇 王硕 王程 李涛 游正涛 《机械强度》 北大核心 2025年第4期139-147,共9页
为保证燃气透平机组安全稳定运行,掌握主机箱体通风系统的换热机制,开展了燃气透平机组主机箱体通风散热研究。基于场协同原理,对主机箱体内部流场、温度场和关键设备的散热性能进行分析,并提出加装导流装置的优化方案。结果表明,主机... 为保证燃气透平机组安全稳定运行,掌握主机箱体通风系统的换热机制,开展了燃气透平机组主机箱体通风散热研究。基于场协同原理,对主机箱体内部流场、温度场和关键设备的散热性能进行分析,并提出加装导流装置的优化方案。结果表明,主机箱体内高温区域体积占比达到7.6%,主要集中在燃气轮机轴部件附近,该部件为主机箱体内主要热源,外表面平均温度高达86.94℃;加装50°导流装置后,主机箱体高温区域体积占比减至5.1%,燃气轮机轴外表面平均温度降至81.98℃,散热效果得到显著提升。 展开更多
关键词 燃气透平机组 通风散热 数值模拟 场协同原理 优化设计
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各级导/静叶最佳偏离角度对船舶燃气轮机压气机特性影响分析
17
作者 王巍 徐汉卿 +3 位作者 孙伟文 贺天存 胡嘉伟 张宇 《热能动力工程》 北大核心 2025年第5期1-10,20,共11页
在船舶综合电力系统中,变负荷运行对原有提供动力的船舶燃气轮机运行性能提出更高要求,亟需优化轴流压气机导/静叶调节规律以适应电力系统快速变工况,扩大燃气轮机高效运行范围。以NASA 74A型轴流压气机为研究对象,针对原有最佳导/静叶... 在船舶综合电力系统中,变负荷运行对原有提供动力的船舶燃气轮机运行性能提出更高要求,亟需优化轴流压气机导/静叶调节规律以适应电力系统快速变工况,扩大燃气轮机高效运行范围。以NASA 74A型轴流压气机为研究对象,针对原有最佳导/静叶调节规律,研究不同转速下导/静叶最佳偏离角度在0°~±15°范围内变化对压气机特性及稳定工作范围的影响规律。研究结果表明:在60%额定转速下,当进口导叶和前两级静叶最佳偏离角度为±5°时,压气机最高效率点变化不明显,最高效率和总压比相对于最佳角度的偏差均在1%以内,但+5°偏转使压气机稳定工作范围扩大,喘振裕度有所提升,而-5°偏转使压气机稳定工作范围缩小,喘振裕度下降约1.3%;在60%~100%额定转速范围内,导/静叶分别偏转±5°时压气机特性曲线偏离最佳角度特性逐渐增大,尤其是在80%以上额定转速时,由于流道内存在激波,导致压气机最高效率降低;相比于进口导叶角度偏转,前两级静叶角度偏转对压气机特性影响更大;转速较高时应选择较小的导/静叶偏转角度。 展开更多
关键词 轴流压气机 导/静叶角度偏离 压气机特性 喘振裕度
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曲面双层壁结构的内外复合流动及综合冷却特性数值研究 被引量：3
18
作者 张垲垣 栗智宇 +1 位作者 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第2期50-60,共11页
针对双层壁在曲面条件下的内、外流动与冷却耦合特性不明晰的问题,在3种典型冷气吹风比0.4、0.6和0.8下,采用共轭传热数值模拟方法及实验验证,研究了平面和凹、凸曲面双层壁的内、外流动相互影响规律和综合冷却特性。结果表明,曲面显著... 针对双层壁在曲面条件下的内、外流动与冷却耦合特性不明晰的问题,在3种典型冷气吹风比0.4、0.6和0.8下,采用共轭传热数值模拟方法及实验验证,研究了平面和凹、凸曲面双层壁的内、外流动相互影响规律和综合冷却特性。结果表明,曲面显著改变了双层壁的孔内入侵、冲击腔室横流和外壁冷气贴壁特性。低吹风比下,凹面双层壁的气膜孔出流面积最大,冲击驻点区域的冷气横流强度和换热效果显著提升,外壁平均综合冷效能够达到0.54;凸面双层壁的下游气膜冷却和冲击冷却有所增强,同时主流入侵能够到达气膜孔下部;高吹风比下,凹面双层壁气膜孔下方冷气出流区的二次涡面积最大,出射角增加导致气膜孔下游冷却效率略低;凸面双层壁冲击腔内冷气向上游回流最弱,在冲击腔内获得最强的横流累积效果,凸壁面平均综合冷效在第4排孔能达到0.73。研究结果对于叶片等曲面部件的双层壁结构布局设计具有指导意义。 展开更多
关键词 曲面双层壁 流动交互 气膜冷却 冲击冷却
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脉动来流下燃氢涡轮叶栅端壁气膜冷却特性 被引量：1
19
作者 张昊 白波 +1 位作者 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第10期75-86,共12页
为厘清掺氢/全氢燃烧诱发的燃气脉动对下游涡轮叶栅流动传热和冷却特性的影响,基于某研究所真实掺氢/全氢燃烧脉动测量数据和跨声速风洞试验数据,采用非定常数值方法,系统研究了设计运行工况下,燃气脉动频率(1、3、5 kHz)对涡轮叶栅端... 为厘清掺氢/全氢燃烧诱发的燃气脉动对下游涡轮叶栅流动传热和冷却特性的影响,基于某研究所真实掺氢/全氢燃烧脉动测量数据和跨声速风洞试验数据,采用非定常数值方法,系统研究了设计运行工况下,燃气脉动频率(1、3、5 kHz)对涡轮叶栅端区流动和端壁气膜冷却的影响。研究结果表明:脉动来流显著降低了端壁气膜冷却效率,其影响呈非单调频率依赖性,当频率为3 kHz时气膜冷却效率降幅最小,约为4.02%,当5 kHz时降幅最大,约为11.28%;端壁气膜冷却效率波动幅度随频率增加呈现先减小后增加趋势,气膜孔下游及叶栅喉部区域波动幅值最大;气膜冷却效率波动频率与进口脉动频率严格同步,即叶栅通道中脉动频率不发生衰减;随着脉动频率的增加,台阶下游空腔涡逐渐向端壁下游扩张,高频(5 kHz)脉动下空腔涡和马蹄涡强度显著增强,诱发端区二次流结构失稳,导致端壁气膜冷却性能下降和波动幅值增加。研究揭示了脉动来流下涡轮叶栅端区流动冷却耦合机制和脉动特性,为燃氢涡轮叶栅端区高效冷却布局设计提供了参考。 展开更多
关键词 燃氢涡轮 叶栅端壁 脉动来流 气膜冷却效率
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气膜孔堵塞对涡轮叶栅端壁气热和叶片泛冷却性能影响的研究 被引量：1
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作者 白波 郝铭扬 +2 位作者 张垲垣 李志刚 李军 《推进技术》 北大核心 2025年第6期177-188,共12页
喷涂热障涂层(TBC)可以有效地降低涡轮叶栅端壁热负荷,但喷涂过程中TBC材料易在气膜孔出口尾缘附近沉积,造成气膜孔部分堵塞。本文基于圆柱形气膜孔堵塞参数化物理模型,采用基于“双冷气温度”模型的冷却性能数值预测方法,研究分析了设... 喷涂热障涂层(TBC)可以有效地降低涡轮叶栅端壁热负荷,但喷涂过程中TBC材料易在气膜孔出口尾缘附近沉积,造成气膜孔部分堵塞。本文基于圆柱形气膜孔堵塞参数化物理模型,采用基于“双冷气温度”模型的冷却性能数值预测方法,研究分析了设计冷气供气压力下,不同堵塞比(B)和堵塞角度(α)下气膜孔流量系数、叶栅端壁气膜冷却效率、叶片压力面泛冷却性能和叶栅气动性能。研究发现:气膜孔堵塞会增加冷气流动阻力,在B=0.4时,气膜孔流量系数减小约28.28%,导致冷气覆盖能力显著下降,端壁气膜冷却效率下降19%~30%。叶片压力面泛冷却性能与气膜孔堵塞比紧密相关,较小的堵塞比(B=0.1和0.2)可以略微增强泛冷却性能(增幅小于10%),但较大的堵塞比(B=0.4)会显著削弱泛冷却性能(降幅超过15%)。在叶栅气动损失中,冷气与主流的掺混损失比二次涡(SV)造成的额外损失更重要,气膜孔堵塞可以略微增强叶栅气动性能(增幅为0.45%~0.65%)。 展开更多
关键词 燃气涡轮 热障涂层 气膜孔堵塞 叶栅端壁 气膜冷却 泛冷却 气动性能
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