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摩擦系数对燕尾形叶根-轮槽静强度的影响
1
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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基于场协同原理的燃气主机箱体散热分析及优化
2
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
3
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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上游离散气膜孔型对静叶收敛端壁气热性能和气膜冷却效率影响的研究 被引量：1
4
作者 张昊 白波 +1 位作者 李志刚 李军 《推进技术》 北大核心 2025年第3期150-161,共12页
气膜冷却孔型影响冷气射流型态以及与端壁二次流的相互作用,进而影响涡轮静叶造型端壁的传热冷却特性。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和Realizable k-ε湍流模型的方法研究了上游圆形孔和扇形孔对涡轮静... 气膜冷却孔型影响冷气射流型态以及与端壁二次流的相互作用,进而影响涡轮静叶造型端壁的传热冷却特性。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和Realizable k-ε湍流模型的方法研究了上游圆形孔和扇形孔对涡轮静叶收敛端壁气热性能的影响特性,分析了6种质量流量比(MFR)下圆形孔和扇形孔的涡轮静叶端壁的热负荷分布、绝热气膜冷却效率、端壁二次流,以及叶片压力面侧的二次冷却效果(风影冷却)。研究表明:相比圆形孔,扇形孔能有效降低叶片肩部和气膜孔尾迹的端壁热负荷;同时,扇形孔可以显著增加端壁气膜覆盖范围和绝热气膜冷却效率,特别是在叶片前缘、叶栅通道上游以及叶片两侧。扇形孔消除了圆形孔出口冷气的流动分离现象进而降低了叶栅通道上游端壁温度。气膜冷气与马蹄涡形成前缘滞止涡,扇形孔的前缘滞止涡范围更大,提高了叶片前缘以及紧贴叶片两侧的气膜冷却效果和面积。在MFR=2.3%时,扇形孔对端壁绝热气膜冷却效率的增强效果最显著,面平均值相比圆形孔增加约40%。MFR=2.7%时扇形孔风影冷却覆盖面积最大,相比圆形孔减小约20%,但叶片近端壁表面温度下降15 K。相比于圆形孔,扇形气膜孔能够提高收敛型端壁冷却效率,但同时需要增加冷却气体质量流量比。 展开更多
关键词 涡轮静叶 收敛型端壁 气膜孔型 气膜冷却 风影冷却
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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：1
5
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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带挡板结构的平面叶栅凹槽叶顶气膜冷却特性 被引量：2
6
作者 刘昱栋 刘钊 +2 位作者 陶永 石龑 丰镇平 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第5期130-142,共13页
为提高燃气透平动叶凹槽叶顶的气膜冷却有效度并且降低叶栅气动损失,基于平面叶栅试验台,采用压敏漆(PSP)测量技术结合数值模拟,对带挡板结构的凹槽叶顶冷却性能及叶栅气动特性进行了试验研究。分析了不同吹风比(分别为0.4、1.2、2.0)... 为提高燃气透平动叶凹槽叶顶的气膜冷却有效度并且降低叶栅气动损失,基于平面叶栅试验台,采用压敏漆(PSP)测量技术结合数值模拟,对带挡板结构的凹槽叶顶冷却性能及叶栅气动特性进行了试验研究。分析了不同吹风比(分别为0.4、1.2、2.0)和不同挡板结构参数(挡板宽度、挡板角度和挡板高度)对叶顶气膜冷却的影响;湍流模型验证后,采用精度最高的SST k-ω湍流模型对叶顶气动特性进行了仿真分析。结果表明:在凹槽叶顶吸力面侧布置挡板能显著增大叶顶的气膜冷却有效度,并且随着吹风比的增大冷却有效度也有所提升。增大挡板的宽度会使得挡板下气膜孔两侧出现漩涡,该漩涡效应能够有效提升叶顶的冷却有效度;挡板角度会影响冷气冲击挡板下底面后的流向,当挡板角度为锐角时,挡板底部压力面侧会形成漩涡,使得冷气流向凹槽底部,从而提高叶顶的冷却有效度,而当挡板角度增大到钝角后,挡板上顶面与吸力面的夹角会出现漩涡,挡板对冷气的阻挡作用减弱,冷却有效度下降;挡板的高度对叶顶冷却性能无显著影响。此外,挡板结构能略微降低总压损失,减小气动损失,最大下降幅度为10.20%。该研究可为燃气透平改进叶顶结构、提高气膜冷却和气动性能提供一定的参考。 展开更多
关键词 吹风比 挡板 气膜冷却 气动特性 凹槽叶顶
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插芯结构对旋流冷却流动换热特性的影响
7
作者 何伟 肖俊峰 +3 位作者 高松 李园园 于飞龙 伍赫 《西安交通大学学报》 EI CAS 北大核心 2025年第1期105-115,共11页
针对用于透平叶片前缘的旋流冷却结构,为了改善其冷气发展空间、提高综合冷却性能,提出了一种布置在冷却腔内的插芯结构。基于简化旋流冷却结构,采用数值模拟方法研究了插芯结构对旋流冷却靶面换热系数、综合冷却性能、流量分配、流动... 针对用于透平叶片前缘的旋流冷却结构,为了改善其冷气发展空间、提高综合冷却性能,提出了一种布置在冷却腔内的插芯结构。基于简化旋流冷却结构,采用数值模拟方法研究了插芯结构对旋流冷却靶面换热系数、综合冷却性能、流量分配、流动结构等的改善效果和作用机理。结果表明:增设插芯结构后,在射流雷诺数5 000~20 000范围内,旋流冷却结构的靶面面积平均努塞尔数增加了5.9%~8.3%,综合冷效因子增加了5.2%~6.6%,吸力侧努塞尔数提高了14.8%~16.6%,相邻喷嘴间流量的最大差从18%削减到5%。插芯结构削减了上游射流在旋流腔轴心处的发展空间,抑制了旋流回流和旋流涡核的形成,降低了上游冷气对新鲜射流的干扰,强化了旋流对壁面边界层的削弱效果,从而有效增加了旋流结构的一致性并提高了靶面换热系数的强度和均匀性。 展开更多
关键词 旋流冷却 透平叶片 内部冷却 努塞尔数 射流雷诺数
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燃气轮机叶片-轮盘耦合振动特性计算 被引量：14
8
作者 周传月 邹经湘 +1 位作者 闻雪友 盛惠渝 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第6期545-547,共3页
建立了叶片 -轮盘耦合系统振动固有特性计算分析模型 ,利用有限元通用程序 NASTARN的循环对称分析功能和几何非线性分析功能 ,对某舰用燃气轮机叶片 -轮盘结构进行计算分析。计算中考虑了旋转离心力及材料参数随温度变化对固有特性的影... 建立了叶片 -轮盘耦合系统振动固有特性计算分析模型 ,利用有限元通用程序 NASTARN的循环对称分析功能和几何非线性分析功能 ,对某舰用燃气轮机叶片 -轮盘结构进行计算分析。计算中考虑了旋转离心力及材料参数随温度变化对固有特性的影响 。 展开更多
关键词 叶片 轮盘 耦合振动 有限元 燃气轮机
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耦合透平末级的燃气轮机排气扩压器气动性能研究
9
作者 闫晨曦 王嘉骏 +5 位作者 姚家旭 苏鹏飞 孔祥林 方宇 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第8期134-146,共13页
为探究透平末级出口流动对燃气轮机排气扩压器性能的影响,获取由透平末级、排气扩压器和收集器组成的完整系统的气动性能,建立了耦合透平末级的燃气轮机排气扩压器气动性能高保真分析模型。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-St... 为探究透平末级出口流动对燃气轮机排气扩压器性能的影响,获取由透平末级、排气扩压器和收集器组成的完整系统的气动性能,建立了耦合透平末级的燃气轮机排气扩压器气动性能高保真分析模型。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型的方法,对比研究了不同流量下,排气扩压器的流场结构和静压恢复系数。结果表明:随着进口流量的降低,排气扩压器内流动分离导致的总压损失增加,排气扩压器静压恢复系数下降。收集器内主要存在两股旋流,与弯扭段相邻的拐角处涡旋和回流增加了压力损失,降低了静压恢复系数。设计流量下,排气扩压器非弯扭段静压恢复系数为0.645,110%设计流量下静压恢复系数增加了10.2%;小设计流量导致排气扩压器总压损失增加,扩压能力降低,50%设计流量下扩压器的静压恢复系数为-0.059。设计流量大于70%时,透平末级动叶叶顶间隙泄漏射流能够抑制排气扩压器机匣的分离流动,从而降低总压损失。该研究为考虑透平末级出口流动作用下的燃气轮机排气扩压器气动性能研究提供了一定的参考。 展开更多
关键词 燃气轮机 排气扩压器 透平末级 气动性能 静压恢复系数
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燃气轮机涡轮排气扩压器气动性能的不确定性量化和敏感性分析
10
作者 王嘉骏 范志泽楷 +5 位作者 闫晨曦 姚家旭 苏鹏飞 孔祥林 方宇 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第9期165-176,共12页
燃气轮机涡轮排气扩压器的几何参数偏差与运行工况波动会导致气动性能呈现显著不确定性,从而影响机组性能,结合拉丁超立方采样、非嵌入式多项式混沌展开和Sobol’ indices敏感性分析方法建立了扩压器气动性能不确定性量化与敏感性分析系... 燃气轮机涡轮排气扩压器的几何参数偏差与运行工况波动会导致气动性能呈现显著不确定性,从而影响机组性能,结合拉丁超立方采样、非嵌入式多项式混沌展开和Sobol’ indices敏感性分析方法建立了扩压器气动性能不确定性量化与敏感性分析系统,研究并量化了扩张角、进口旋流角与进口速度对静压恢复系数、总压损失系数及动压转换系数的影响。仿真结果表明:考虑进口速度、进口旋流角和扩张角的不确定性时,气动性能参数的统计分布均呈现正态分布。支撑板附近区域对参数扰动最敏感,以设计值为基准,静压恢复系数不确定性最大相对偏差达50.1%。静压恢复系数均值较设计值增加2.654%,偏离设计值10%的概率为11.04%;总压损失系数均值仅增加0.111%,但偏离概率高达25.22%;动压转换系数均值增加2.023%,偏离概率为0.63%。敏感性分析结果表明:进口旋流角是静压恢复系数和总压损失系数不确定性的主导变量,其贡献为72.84%和98.34%;扩张角是动压转换系数不确定性的主导变量,方差占比为65.43%;与主效应相比,进口速度与二阶交互效应影响可忽略。 展开更多
关键词 燃气轮机 排气扩压器 气动性能 不确定性量化 敏感性分析
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间隙阻尼结构对轮缘密封封严效率和气动性能影响的数值研究
11
作者 雷隆 屈杰 +2 位作者 高庆 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第5期143-155,共13页
为提高燃气轮机透平轮缘密封封严效率,以某型燃气透平第一级动静叶栅和动叶前盘腔轮缘密封为研究对象,设计了4种间隙阻尼轮缘密封结构,在5种工况下对比了原始结构和4种间隙阻尼结构的封严效率、非定常流动特征和盘腔下游动叶通道出口的... 为提高燃气轮机透平轮缘密封封严效率,以某型燃气透平第一级动静叶栅和动叶前盘腔轮缘密封为研究对象,设计了4种间隙阻尼轮缘密封结构,在5种工况下对比了原始结构和4种间隙阻尼结构的封严效率、非定常流动特征和盘腔下游动叶通道出口的总压损失系数。结果表明:在5种工况下,4种间隙阻尼结构的封严效率均优于原始结构,间隙内动盘凸肩结构的封严效率最高,其次为静盘凸肩动盘凹槽结构;与原始结构相比,5种工况下动盘凸肩结构在外腔静盘面测点处封严效率分别提高了47.1%、51.6%、32.4%、25.4%和26.2%;从流动机理角度分析,凸肩结构缩短了轮缘间隙长度,限制了燃气入侵通流面积,同时凸肩结构内的微小通道内形成了许多涡系,增大了燃气向内入侵的流动阻力,使封严效率大幅提高;在5种工况下,动盘凸肩结构在动叶栅出口端部的总压损失系数与原始结构相比分别增大了2.2%、1.6%、1.6%、2.5%和3.0%,相较于该结构大幅提高盘腔封严效率的表现而言,增加的气动损失相对较小。 展开更多
关键词 燃气透平 轮缘密封 阻尼结构 封严性能 总压损失
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旋转状态下篦齿流动换热特性研究
12
作者 杨少昀 罗磊 +1 位作者 杜巍 王松涛 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第1期138-143,共6页
篦齿封严是一种结构简单有效的封严技术,广泛应用于航空发动机中。本文采用数值模拟的方法研究了旋转对直通型篦齿封严结构流动换热的影响。研究的参数为Ta/Re从0变化0.1。所有的结果都是在雷诺数为6000,10000和15000时获得的。结果表明... 篦齿封严是一种结构简单有效的封严技术,广泛应用于航空发动机中。本文采用数值模拟的方法研究了旋转对直通型篦齿封严结构流动换热的影响。研究的参数为Ta/Re从0变化0.1。所有的结果都是在雷诺数为6000,10000和15000时获得的。结果表明,在研究的范围内,旋转速度的增加会降低篦齿通道内的涡流损失和节流损失,从而导致泄漏系数增大;随着转速的增加,顶部壁面的换热增强而齿腔内的换热减弱。 展开更多
关键词 封严篦齿 旋转 放电系数 换热特性
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脉动来流下燃氢涡轮叶栅端壁气膜冷却特性
13
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
14
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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离散气膜孔与间隙冷气掺混作用下燃气透平叶栅端壁气动特性研究
15
作者 张垲垣 栗智宇 +2 位作者 白波 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第9期152-164,共13页
针对燃气透平端壁多源冷却结构射流相互作用及与端区二次流复杂掺混机理尚不明晰的问题,采用叶栅吹风实验与数值模拟方法研究了3种叶栅出口马赫数(0.2、0.3和0.4)和3种冷气吹风比(1.5、2.0和2.5)条件下离散气膜孔与间隙射流的掺混特性... 针对燃气透平端壁多源冷却结构射流相互作用及与端区二次流复杂掺混机理尚不明晰的问题,采用叶栅吹风实验与数值模拟方法研究了3种叶栅出口马赫数(0.2、0.3和0.4)和3种冷气吹风比(1.5、2.0和2.5)条件下离散气膜孔与间隙射流的掺混特性及其对叶栅端壁气动性能的影响。研究结果表明,叶栅气动负荷增加导致间隙冷气向下游迁移及近间隙气膜孔冷气出流趋势有所增强,二次流通过卷吸间隙冷气显著影响通道涡及近端壁区域的冷气聚集及气动损失情况。低马赫数(0.2)下,冷气吹风比的升高增强了间隙上游射流和压力侧马蹄涡的脱离趋势,通道涡损失区域向压力侧及近端壁区扩大,其平均总压损失系数增加0.15%,高吹风比间隙射流会被马蹄涡卷吸并降低叶肩临近区域附着效果。高马赫数(0.3和0.4)下,马蹄涡在压力侧的影响范围更大且脱离位置提前,间隙下游低压区面积显著增加,通道涡区域平均总压损失系数随吹风比增加而增大0.1%~0.16%。靠近间隙的气膜孔冷气覆盖面积较小,设计时应增加与间隙的距离,并调节气膜孔流量避免其在间隙处的脱离。 展开更多
关键词 燃气透平 端壁 多源冷却结构 二次流 气动性能
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涡轮叶栅前缘区域叶片与端壁交互气膜冷却作用数值研究
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作者 张垲垣 张超才 +2 位作者 栗智宇 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第8期100-111,共12页
针对燃气涡轮叶栅前缘角区不同部件的多源冷气射流与二次流掺混机理不明晰和极高热负荷的问题,数值研究了叶片喷淋头射流、端壁前缘气膜孔射流和端壁上游槽缝射流在前缘区域的流动掺混和交互冷却特性。结果表明,叶片喷淋头冷气能够通过... 针对燃气涡轮叶栅前缘角区不同部件的多源冷气射流与二次流掺混机理不明晰和极高热负荷的问题,数值研究了叶片喷淋头射流、端壁前缘气膜孔射流和端壁上游槽缝射流在前缘区域的流动掺混和交互冷却特性。结果表明,叶片喷淋头冷气能够通过在端壁的再附着对热环区域起到二次冷却作用,并通过改变二次流生成强度影响端壁冷气分布。当端壁吹风比较小时,叶片与端壁冷气在马蹄涡的阻隔下掺混较弱,端壁冷气在热环外侧马蹄涡边沿的直接附着形成条形冷却保护,叶片冷气通过再附着对端壁吸力侧角区形成二次冷却,随叶片吹风比M_(s)的增大,吸力侧马蹄涡及其卷吸的端壁冷气更加靠近叶片,其与喷淋头射流掺混增强,前缘区域平均冷却效率提升0.04,M_(s)=1.0时叶片喷淋头冷气在角区的覆盖沿轴向分布最为均匀。当端壁吹风比较大时,端壁冷气与叶片冷气掺混强烈并对角区形成较好的气膜冷却保护,主要发生于角区的冷气掺混现象导致上游槽缝与端壁气膜孔之间存在较大无冷却区,随M_(s)增大吸力侧角区的冷气掺混显著增强,端壁0<z/C_(ax)(轴向坐标与轴向弦长之比)<0.1区域的平均冷却效率提升了0.08。研究结果表明,在叶栅端壁前缘冷却布局设计时应考虑叶片冷气的二次冷却作用,同时关注其对二次流生成及在下游发展强度的影响。 展开更多
关键词 燃气涡轮 叶栅端壁 气膜冷却 叶片喷淋头射流 二次流
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带肋曲面双层壁偏转内流与传热冷却特性数值研究
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作者 全帅宇 白波 +2 位作者 张垲垣 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第12期182-193,共12页
针对带肋双层壁在曲面部件应用时,偏转内流与非均匀出流交互作用机理和传热冷却特性不明晰的问题,采用共轭传热方法对比分析了凸面、平面和凹面带肋双层壁在5种吹风比下狭窄内腔流动、非均匀出流和综合冷却特性。将平面带肋计算结果与... 针对带肋双层壁在曲面部件应用时,偏转内流与非均匀出流交互作用机理和传热冷却特性不明晰的问题,采用共轭传热方法对比分析了凸面、平面和凹面带肋双层壁在5种吹风比下狭窄内腔流动、非均匀出流和综合冷却特性。将平面带肋计算结果与实验结果进行对比,验证数值计算的准确性。通过横向平均综合冷效等参数,分析不同结构及吹风比下的气膜冷却和冲击冷却性能。通过无量纲速度、温度和流线,分析气膜、冲击冷却与偏转内流的耦合关系以及双层壁流阻特性。数值结果表明:降低冷气量要求下,冷效较高的吹风比为0.6;在冲击腔室内,肋柱近冲击驻点一侧冷效较高,近气膜孔侧流动分离导致冷效较低,带肋双层壁流速比无肋结构快且流线更具规律性;凸面双层壁气膜孔出流冷气在外壁贴壁效果最佳,凹面双层壁气膜孔出流冷气脱离壁面进入主流较多;吹风比为0.6时,凸面双层壁面平均综合冷效比凹面提高了约8.09%。该研究可为透平叶片曲面带肋双层壁结构的冷却设计和性能分析提供理论依据。 展开更多
关键词 带肋双层壁 曲面双层壁 偏转内流 气膜冷却 冲击冷却
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封面图片说明
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作者 陶志(文/图) 郭嘉杰(文/图) +2 位作者 靳建祥(文/图) 宋立明(文/图) 李军(文/图) 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第6期83-83,共1页
封面图片来自本期论文“倾斜压力侧肩壁对涡轮凹槽叶顶气热性能影响”,通过模型简化、参数化、优化改型三个流程的描述,诠释了涡轮叶片流动传热机理分析和构型优化的关键途径。研究以数值仿真分析为主要手段,建立了涡轮级仿真模型,以涡... 封面图片来自本期论文“倾斜压力侧肩壁对涡轮凹槽叶顶气热性能影响”,通过模型简化、参数化、优化改型三个流程的描述,诠释了涡轮叶片流动传热机理分析和构型优化的关键途径。研究以数值仿真分析为主要手段,建立了涡轮级仿真模型,以涡轮动叶叶顶为研究对象,以实现较小几何改动的代价提升凹槽叶顶气热性能为目的,发展了基于非均匀偏置的压力侧肩壁倾斜造型方法,通过叶顶构型改进了流动组织与损失控制,结合可视化涡系结构分析揭示了性能提升机理,为涡轮转子叶片高效设计提供了新思路。 展开更多
关键词 压力侧肩壁 涡轮叶片 流动传热 数值仿真
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压气机静叶多工况联合优化设计方法研究
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作者 吴华州 蔡金名 +3 位作者 酒鸣慧 姜斌 迟志东 王仕敏 《热能动力工程》 北大核心 2025年第3期26-37,共12页
为了解决燃气轮机对工况的适应性问题,从而提高压气机的工作效率和工作裕度,采用三维数值模拟手段和寻优算法,研究了某型压气机中间级静叶4个关键叶型参数:最大挠度相对值、最大挠度位置、最大厚度相对值和最大厚度位置对叶片变工况性... 为了解决燃气轮机对工况的适应性问题,从而提高压气机的工作效率和工作裕度,采用三维数值模拟手段和寻优算法,研究了某型压气机中间级静叶4个关键叶型参数:最大挠度相对值、最大挠度位置、最大厚度相对值和最大厚度位置对叶片变工况性能的影响规律。以拓宽三维叶片攻角适应性为目标,在0°和±6°攻角,开展了三维叶片的优化设计,分析和总结了不同截面叶型参数的分布特征,探讨了宽适应性压气机叶片表面的气动布局和损失机理。结果表明:在损失攻角下,最大挠度相对值的影响大于最大挠度位置的影响,最大厚度相对值的影响大于最大厚度相对位置的影响,优化后叶片在0°和±6°攻角下的总压损失系数降幅分别达到3.52%,9.31%和11.32%。 展开更多
关键词 压气机 变工况 数值模拟 优化设计 遗传算法
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多孔介质扰流柱对双层壁冷却系统性能影响的数值研究
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作者 王一 汪翔宇 +2 位作者 李家龙 胡青松 丰镇平 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第2期61-72,共12页
为了提升双层壁冷却系统性能并强化系统的冷却优势,将双层壁冷却系统的实体扰流柱结构替换为多孔介质结构,采用气热耦合方法数值研究了多孔介质结构对双层壁冷却系统的提升性能,分析并对比了不同吹风比、扰流柱直径与扰流柱高度对多孔... 为了提升双层壁冷却系统性能并强化系统的冷却优势,将双层壁冷却系统的实体扰流柱结构替换为多孔介质结构,采用气热耦合方法数值研究了多孔介质结构对双层壁冷却系统的提升性能,分析并对比了不同吹风比、扰流柱直径与扰流柱高度对多孔介质结构和实体结构的流动及传热特性的影响规律。数值结果表明:对于多孔介质高渗透率结构,双层壁内、外壁面之间的速度和温度分布更加均匀;将实体扰流柱结构替换为多孔介质结构后,双层壁综合冷却有效度明显增大,面平均综合冷却有效度可提升3.08%~5.03%,而压力损失变化不大;随着多孔介质扰流柱直径的增大,综合冷却有效度呈现增大趋势,提升幅度为2.13%~3.03%;扰流柱高度对冷却性能的影响较为微弱。研究结果验证了多孔介质扰流柱在双层壁冷却系统中应用的可行性。 展开更多
关键词 气热耦合 双层壁冷却 多孔介质 扰流柱 综合冷却有效度
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