层板-热障涂层复合结构的综合冷却效率和力学性能

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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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氢燃气轮机燃烧特性与涡轮气热性能研究进展

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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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脉动来流下燃氢涡轮叶栅端壁气膜冷却特性 被引量：1

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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

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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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轴向收敛造型对燃气涡轮叶栅端壁气膜冷却性能的影响 被引量：6

5

作者 白波 李志刚 李军 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1042-1053,共12页

为有效评估轴向收敛造型对端壁气膜冷却性能的影响,数值研究了不同吹风比下,轴向收敛造型对跨声速燃气涡轮叶栅端壁上游双排离散孔绝热气膜冷却效率的影响。模拟某工业燃气涡轮真实运行工况(进口湍流度为16%、出口马赫数为0.85、出口雷... 为有效评估轴向收敛造型对端壁气膜冷却性能的影响,数值研究了不同吹风比下,轴向收敛造型对跨声速燃气涡轮叶栅端壁上游双排离散孔绝热气膜冷却效率的影响。模拟某工业燃气涡轮真实运行工况(进口湍流度为16%、出口马赫数为0.85、出口雷诺数为1.5×10^(6)),采用基于“两类热边界条件”模型的壁面传热系数和绝热冷却效率数值预测方法,比较分析了3种吹风比(1.0、2.5、3.5)下,简化平板端壁结构和轴向收敛造型端壁结构的端壁热负荷分布、绝热气膜冷却效率分布和近端壁二次流场结构,以及端壁上游气膜孔射流对叶片表面的二次冷却作用(幻影冷却)。结果表明:轴向收敛造型可以削弱马蹄涡强度,降低端壁热负荷,尤其是叶片肩部区域;轴向收敛造型可以显著增加端壁气膜覆盖范围和绝热气膜冷却效率,尤其在叶片前缘和压力面等难以冷却区域;随吹风比增加,轴向收敛造型对端壁气膜冷却特性的影响效果先增加后减小,在设计吹风比为2.5时,轴向收敛造型对端壁绝热气膜冷却效率的增强效果最显著(增加约35%);轴向收敛造型显著增加叶片前缘和压力面幻影冷却面积,尤其是叶片前缘附近面积增加约100%(设计吹风比下,冷却区域达0.1倍叶高),可有效减小叶片冷却的冷气需求流量。轴对称收敛端壁造型是进一步提高燃气涡轮叶栅端壁绝热气膜冷却效率、减小冷气流量,实现端壁高效冷却布局的有效技术途径。 展开更多

关键词 轴向收敛造型 叶栅端壁 吹风比 气膜冷却特性 幻影冷却

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上游台阶结构对跨声速透平叶栅端壁气膜冷却性能的影响 被引量：5

6

作者 白波 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1-8,共8页

为了评估上游台阶结构对端壁气膜冷却性能的影响,采用商用CFD软件ANSYS FLUENT数值研究了上游后向台阶结构对跨声速透平叶栅端壁上游双排离散气膜孔冷却效率的影响。模拟某工业燃气透平真实运行工况(进口湍流度Tu=16%、出口马赫数Maex=0... 为了评估上游台阶结构对端壁气膜冷却性能的影响,采用商用CFD软件ANSYS FLUENT数值研究了上游后向台阶结构对跨声速透平叶栅端壁上游双排离散气膜孔冷却效率的影响。模拟某工业燃气透平真实运行工况(进口湍流度Tu=16%、出口马赫数Maex=0.85、出口雷诺数Reex=1.5×10^6),采用基于两类热边界条件模型的壁面换热系数和绝热冷却效率数值预测方法,计算分析了在设计工况吹风比为2.5下,具有不同上游台阶高度(ΔH=0,3,6.78,10 mm)的跨声速透平叶栅端壁热负荷分布、气膜冷却效率分布和近端壁二次流场结构。研究结果表明:上游台阶结构改变了近端壁流场,在台阶下游形成强度较大的空腔涡等复杂涡系结构,显著影响了端壁的热负荷和冷却气膜覆盖分布;随上游台阶高度的增加,叶栅通道上游端壁传热逐渐增强,形成显著的条状高传热区;端壁冷却效率呈现先增大后减小的变化趋势,在ΔH=6.78 mm时,端壁气膜覆盖效果最好;在ΔH=10 mm时,上游离散孔冷却射流被限制在近吸力面三角区域,端壁冷却效率低于无进口台阶结构。 展开更多

关键词 上游台阶结构 双排离散气膜孔 端壁传热 气膜冷却

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在高负荷涡轮叶栅中应用弯叶片控制流动分离的实验研究 被引量：3

7

作者 谭春青 张华良 +2 位作者 董学智 赵洪雷 山本孝正 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期1467-1471,共5页

本文选择叶型折转角为113°和160°的两种高负荷涡轮平面叶栅,分别开展了直叶栅(STR)和正/反弯曲叶栅的流场测量和流动显示研究,讨论了叶片弯曲对壁面流谱和流动损失的影响。实验结果表明:当叶型折转角为113°时,适当的正... 本文选择叶型折转角为113°和160°的两种高负荷涡轮平面叶栅,分别开展了直叶栅(STR)和正/反弯曲叶栅的流场测量和流动显示研究,讨论了叶片弯曲对壁面流谱和流动损失的影响。实验结果表明:当叶型折转角为113°时,适当的正弯叶片(DHP)可以减少叶栅流动损失;当叶型折转角为160°时,适当的反弯叶片(DHN)能提高叶栅气动性能。 展开更多

关键词 高负荷 折转角 流动分离 弯叶片

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燃烧室出口旋流对静叶栅端壁流动型态和传热冷却特性的影响 被引量：1

8

作者 栗智宇 张垲垣 +1 位作者 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期72-82,共11页

贫油预混燃烧室出口的强旋流和温度不均匀特征向下游迁移,直接影响了下游涡轮静叶栅端壁的气动性能,进而改变了气膜冷却端壁的传热冷却特性。设计了具有典型速度和温度出口特征的燃烧室,与实验数据对比,验证了设计的燃烧室出口具有典型... 贫油预混燃烧室出口的强旋流和温度不均匀特征向下游迁移,直接影响了下游涡轮静叶栅端壁的气动性能,进而改变了气膜冷却端壁的传热冷却特性。设计了具有典型速度和温度出口特征的燃烧室,与实验数据对比,验证了设计的燃烧室出口具有典型的旋流和温度分布特征。采用数值求解三维雷诺平均N-S方程和剪切应力传输湍流模型SST k-ω研究了燃烧室出口旋流对静叶栅端壁流动型态和传热冷却特性的影响。对比分析了燃烧室出口旋流核心与静叶栅沿栅距5个相对位置时气膜冷却端壁的流场型态和传热冷却特性。研究表明:当燃烧室出口旋流中心正对静叶片1时,马蹄涡压力面分支横向迁移被削弱造成滞止点向下游移动,端壁传热恶化,第3排气膜冷却射流被带离端壁,绝热气膜有效度降低;旋流中心正对静叶片2时,马蹄涡压力面分支裹挟第2排气膜冷却射流冲击吸力面,二次冷却效果提升的同时端壁面平均气膜有效度提高,最大值为0.148,无量纲面平均热通量减小了0.0555。该研究揭示了燃烧室出口旋流对下游静叶栅端壁流场型态和传热冷却特性的影响机制,为端壁气膜冷却布局设计提供了一定的参考。 展开更多

关键词 涡轮 燃烧室 出口旋流 静叶端壁 气膜冷却

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一种燃气涡轮叶片气热性能实验台 被引量：1

9

作者 白波 董雨轩 +1 位作者 李志刚 李军 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期987-993,共7页

随着行业对燃气轮机和航空发动机的性能需求日益增加,研发高效率、长寿命、低排放和大推重比的先进燃气轮机和航空发动机十分紧迫。由于燃气涡轮叶栅内部流动非常复杂,呈现出高度三维流动特征,因此数值仿真和理论分析难以得到准确、可... 随着行业对燃气轮机和航空发动机的性能需求日益增加,研发高效率、长寿命、低排放和大推重比的先进燃气轮机和航空发动机十分紧迫。由于燃气涡轮叶栅内部流动非常复杂,呈现出高度三维流动特征,因此数值仿真和理论分析难以得到准确、可靠的研究结果,必须要有实验研究,为其提供实验数据加以验证。本文介绍了一种新型燃气涡轮叶片气热性能实验台,该实验台具备实现主流温度阶跃上升能力,采用瞬态红外测量技术(IR)可完成不同入射角度、不同节距叶栅、不同类型叶栅(静叶和动叶)的叶栅流动、传热和冷却性能研究。该实验台采用模块化设计,可以实现实验叶栅方便、快速更换,并且开设有实验观察平台,可提供可视化观测和红外温度测量,运用瞬态红外测量技术(IR)和双线性回归(DLRT)数据处理方法研究叶栅传热和冷却特性;同时,在该实验台进行了吹风实验,实验结果表明该实验台达到了设计要求,可以进行旁通气路和实验气路瞬态切换。 展开更多

关键词 实验风洞 平面叶栅 旁通气路 红外测量技术(IR)

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SSS离合器及其在燃气轮机上的应用 被引量：8

10

作者 雕吉义 《燃气轮机技术》 北大核心 1997年第3期32-35,共4页

本文介绍SSS离合器的构造及工作原理．详细分析了这种离合器在燃气轮机的起动和停机过程中的工作情况。

关键词 离合器 燃气轮机 应用 同步自换档

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燃气轮机透平叶片气膜冷却数值模拟 被引量：3

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作者 沈菁菁 《发电设备》 2015年第1期11-14,23,共5页

透平叶片的冷却技术是提高燃气轮机效率的关键,其中气膜冷却是非常重要的一种冷却方式。参考某型燃气轮机第一级动静叶片的几何尺寸进行建模,采用数值模拟的方法对气膜冷却进行了分析研究,主要研究了叶片前缘的气膜冷却。分析比较了多... 透平叶片的冷却技术是提高燃气轮机效率的关键,其中气膜冷却是非常重要的一种冷却方式。参考某型燃气轮机第一级动静叶片的几何尺寸进行建模,采用数值模拟的方法对气膜冷却进行了分析研究,主要研究了叶片前缘的气膜冷却。分析比较了多种参数对气膜冷却效果的影响,即不同吹风比、密度比、自由流湍流度和射流角度的影响。结果显示:吹风比过大或过小,冷却效果都不好;高密度的射流比低密度的射流更容易保持在表面处;低湍流度比高湍流度时气膜冷却有效度更佳;适当调整射流角度能改善冷却效果。 展开更多

关键词 叶片 气膜冷却 数值模拟 影响因素 吹风比 冷却效率

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燃气涡轮高负荷叶片冷却掺混损失研究

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作者 郭粲 孙添一 +2 位作者 陈欣楠 李志刚 李军 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2306-2311,共6页

本文整理了近几年涡轮叶片气膜冷却掺混损失模型的发展历程和趋势,通过数值模拟的方法研究了吹风比以及孔排位置对于燃气涡轮高负荷叶片冷却掺混损失的影响,分析各部分气动损失的变化规律,结果表明,气膜冷却引起的掺混损失随吹风比迅速... 本文整理了近几年涡轮叶片气膜冷却掺混损失模型的发展历程和趋势,通过数值模拟的方法研究了吹风比以及孔排位置对于燃气涡轮高负荷叶片冷却掺混损失的影响,分析各部分气动损失的变化规律,结果表明,气膜冷却引起的掺混损失随吹风比迅速增加,前缘区域更为明显,高吹风比时不可忽略;吸力面的掺混损失要整体高于压力面,且越靠近前缘位置气膜冷却造成的损失就越大,为后续各个影响因素的整合,损失模型的深入研究提供了数据支持。 展开更多

关键词 涡轮叶片 掺混损失 数值模拟 吹风比 孔排位置

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涡轮叶片冷气掺混损失计算模型简化方法研究

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作者 王宇林 李志刚 李军 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1001-1006,共6页

本文采用CFD软件ANSYS CFX对某带冷气射流的燃气涡轮高热负荷叶片进行了数值模拟,提出了2种适用于不同情况的单排孔冷却叶片的计算模型简化方法,有效地简化了模型结构、节约了计算成本。该简化思路适用于带叶身气膜冷却直叶片的数值计算... 本文采用CFD软件ANSYS CFX对某带冷气射流的燃气涡轮高热负荷叶片进行了数值模拟,提出了2种适用于不同情况的单排孔冷却叶片的计算模型简化方法,有效地简化了模型结构、节约了计算成本。该简化思路适用于带叶身气膜冷却直叶片的数值计算,另外,本文还提供了一种分块结构化网格生成方法。 展开更多

关键词 气膜冷却 计算模型简化 分块结构化网格

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PG6541B燃气轮机盘车系统的缺陷及解决方法 被引量：1

14

作者 陈荣泉 《燃气轮机技术》 北大核心 2000年第4期56-58,共3页

通过对 PG6 5 41B燃气轮机盘车系统的分析 ,指出其在故障报警方面的不足 。

关键词 燃气轮机 盘车系统 故障 缺陷 PG6541B

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油系统清洁度—燃气轮机运行中一个必须高度重视的问题

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作者 张复燕 《燃气轮机技术》 1993年第2期42-44,共3页

本文简述了燃气轮机油系统清洁度对于机组安全可靠运行所起的重要作用,制造厂家为提高清洁度采取的各种有效措施,推荐了机组循环冲洗后油系统中油液适宜的污染度等级。

关键词 燃气轮机 润滑系统 洁净度

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PGT25型燃机安装要点及体会

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作者 唐燕海 张西安 《河南电力》 2020年第S01期133-135,共3页

燃机具有三联供的特点,因此在国内外的工业园区广泛采用,本文主要针对沙特阿美MGS-1燃气增压站扩建项目,#3、#5站燃气压缩机施工工艺为例,简要的讲述了燃气机组安装中的要点和工艺要求,对技术要点进行详细的描述,通过个人体会,探讨了PT... 燃机具有三联供的特点,因此在国内外的工业园区广泛采用,本文主要针对沙特阿美MGS-1燃气增压站扩建项目,#3、#5站燃气压缩机施工工艺为例,简要的讲述了燃气机组安装中的要点和工艺要求,对技术要点进行详细的描述,通过个人体会,探讨了PTG25型燃机的安装工艺及特点。 展开更多

关键词 燃机 过滤室 油冲洗 GG 安装工艺

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