透平静叶叶身全覆盖气膜冷却有效度实验研究

燃气轮机透平叶片气膜冷却性能受到吹风比、曲率、压力梯度等多种因素的影响。本文采用压力敏感漆(PSP)技术研究了燃气轮机静叶气膜冷却的冷却性能,实验测量了不同吹风比下全覆盖气膜的冷却有效度,并结合单排孔冷却的实验结果进行分析。结果表明：随吹风比增大,压力面冷却有效度递增,吸力面受曲率和压力梯度影响,冷却有效度先递增后递减;前缘射流在低吹风比下附壁效果较好,高吹风比下由于复合角造成冷气向中叶展汇聚;通过对比单排冷却的叠加结果与全覆盖实验结果的误差,研究了Sellers叠加模型在叶栅条件下的适用性。     

二阶偏差法求解燃气轮机特性

一、前言 一般,燃气轮机常在变工况条件下运行,仅从额定工况来评价燃气轮机性能就远远不够,全工况特性显得更加重要。但是燃气轮机全工况问题比较复杂,它涉及各部件特性和负荷特性,并和热力循环和轴系方案密切相关。许多部件还没有找到准确、通用的数学表达式,因而燃气轮机特性也没有通用解析式。     

空冷透平静叶气膜冷却数值研究

为了深入了解空冷透平气膜冷却机理及三维流动特性,对某型燃气轮机透平静叶进行了详细的数值模拟。计算采用三维N-S方程有限体积解法,湍流模型为标准k-ε模型加改进的壁面函数方法,网格为非结构。计算域扩展到多排气膜冷却孔及与其相连的冷气通道内,求解亦包含所有冷却孔内部流动。根据计算结果重点对前缘气膜冷却复杂三维流动以及整个叶片的气膜冷却特性进行分析。     

基于流网分析的通流计算冷却模型

伴随着复合冷却技术的广泛应用,冷却透平中主流流动和传热过程的复杂耦合现象日趋显著,有必要在初步气动设计阶段充分考虑冷却对主流气动布局的影响。本文基于流网分析提出了适用于气热耦合通流方法的冷却模型,该模型可针对透平叶片进行快速流热分析,并结合主流气动参数计算结果预测掺混冷气流量分布及掺混损失分布。本文采用该冷却模型对C3X叶型进行了气热耦合通流分析,叶片表面温度分布计算值与实验结果符合良好,说明该冷却模型可应用于气热耦合通流方法,为透平初步气动设计及冷却设计提供一定的借鉴意义。     

PG9351FA燃机建模及改烧合成气的通流调整分析

在透平冷却空气量估算的基础上,建立了透平逐级计算、考虑IGV角度对压气机特性曲线影响的PG9351FA燃机变工况模型.针对改烧合成气带来的压气机喘振、通流匹配等问题,分析了关小IGV角度、增大透平通流面积、降低燃气轮机T3温度等几种不同的通流调整措施对燃气轮机最大出力、压气机喘振裕度以及燃气轮机整体性能的影响,提出了一...     

两种亚网格燃烧模型的对比研究

为详细比较动态增厚火焰模型和火焰锋面密度模型的性能,本文分别采用这两种亚网格燃烧模型对工业燃气轮机PRECCINSTA的模型燃烧室内湍流预混火焰进行了大涡模拟研究。计算结果与实验数据吻合良好,且这两种模型预测得到的速度、温度和主要组分的统计数据也非常接近。然而对于CO的分布两者的预测结果差异明显,文中对此进行了简要分析。研究还表明本文的计算结果与实验数据的吻合度与文献中报道的前期结果相比有所提高。     

基于网络法的燃气轮机燃烧过程分析

本文基于网络法对典型的燃气轮机燃烧室建立了模型,并同实验数据或计算分析结果进行比较,取得较为满意结果.其中,当简单模型不能满足预测高压射流反应时,提出了一种新的双入口双全混反应器模型.同时,部分混合反应器模型对该种工况也进行了成功模拟.除此之外,针对不同典型的燃烧室建立了相应的网络模型,并取得了满意的结果.     

重型燃气轮机排气温度研究

本文针对某300 MW等级重型燃气轮机透平排气温度,构建了燃机性能计算模型,该模型除了包含常规燃机性能计算的功能外,加入了透平叶片材料、燃烧器OTDF&RTDF及叶片冷却流量对燃机性能的影响功能,应用该燃气轮机性能计算模型预测了L20A及M701F3的燃机性能,排气温度的预测精度在3?C以内。分析了压气机压比、压气机效率、燃烧器压损、燃烧器出口温度分布、透平级数、透平效率、透平叶片材料及冷气流量等参数对透平排气温度的影响规律,结果显示压气机压比、燃烧器出口温度分布、透平级数及效率、透平叶片材料及冷气流量对燃机透平排气温度影响较大,其中又以透平级数的设计选择对排气温度影响最大。在燃机设计时需要考虑到这些关键影响因素,使排气温度最终达到综合最优。     

燃气轮机采用不同冷却技术对IGCC系统性能影响

本文分析了用于燃气轮机系统的冷却技术,对采用空气冷却技术的GE-9FA,GE-9G型燃气轮机以及采用蒸汽冷却技术的GE-9H型燃气轮机进行了设计工况点的校核,通过定量计算重点研究了采用两种不同冷却技术的燃气轮机整合到IGCC系统中对系统热力性能、系统参数优化规律及环保性能的影响,从而为研究高效、环保的IGCC系统提供有价值的参考。     

单轴恒速回热燃气轮机的变工况解析特性及初步经济分析

本文给出单轴恒速回热燃气轮机变工况特性的显式解析解,并且总结了其变工况的典型情况;发现当对所有参数都用与其设计值的比值表达时,燃气轮机效率可以基本总结为单一曲线,并定量论证了恒速单轴燃气轮机采用回热后变工况效率反而相对有所下降。利用得出的解析解,还对采用回热的经济评价给出了初步分析,给出了采用回热合适与否的判别公式。     

燃气-蒸汽混合循环热力学分析

燃气-蒸汽混合循环装置因其具有高效率、高比功、变工况性能好等特点,越来越受到人们的重视。混合循环的性能与很多因素有关,这些因素之间也存在着相互作用和相互影响。本文对进入燃气轮机的燃气和水蒸汽的混合物(湿燃气)热力性质计算方法进行了探讨;编制了关于混合循环的计算机程序,并采用它分析了各循环参数对循环性能的影响。对联合循环和混合循环进行了比较分析。     

1+1/2对转涡轮高压动叶气膜冷却数值研究

对1 1/2对转涡轮高压动叶设计了冷却方案,在高压动叶前缘滞止线,压力面和吸力面分别开设了冷却孔,并对冷却方案进行了三维数值模拟.为了研究变工况下,高压动叶气膜冷却性能,对三种典型的工况进行了详细的数值模拟.研究了不同转速对高压动叶前缘冷却效果的影响,以及吹风比对高压动叶前缘气膜冷却效果的影响;给出了前缘、压力面、吸力面冷气射流的流动特征;分析了冷气喷射对高压动叶型面马赫数,型面压力的影响.最后探讨了高压动叶吸力面后部70%轴向弦长处冷气喷射对高压动叶通道内波系结构的影响.     

基于多精度代理模型的高效异型气膜孔设计优化和实验验证

为了提升燃气轮机热端部件表面的气膜冷却效果,本文发展了一套基于多精度代理模型的高效气膜孔优化方法,通过对气膜孔孔型进行优化得到最优的气膜冷却效率。与传统的代理模型优化方法相比,本文构建的多精度代理模型优化方法能有效结合实验数据与高精度数值计算,在保证准确度的同时使优化效率提升64.5%。本文针对业界广泛使用的一种气膜孔进行优化设计,选取后倾角、侧扩角和孔长径比作为三个设计变量,采用遗传算法和序列二次规划混合方法进行优化。并采用3D打印和PSP测量技术对优化孔型进行验证,发现和初始孔型相比优化孔型的面平均气膜冷却效率提升39%。本文的工作证明了多精度代理模型在气膜冷却优化方面的有效性。     

非设计攻角下气膜冷却掺混损失模化研究

气膜冷却能够对涡轮叶片表面起到良好的保护作用,但是在非设计状态下,边界层、冷气与主流的相互作用对涡轮气动性能产生不利影响。采用数值模拟的方法,研究了不同来流攻角下冷气的气动参数对掺混损失的影响规律。根据冷气与主流的动能比将主流与冷气的掺混过程分为低吹风比和高吹风比两种典型的模式。当动能比大于1时,掺混损失与动能比存在着线性关系;当动能比小于1时,掺混损失与吹风比存在着线性关系。基于主流与冷气不同的掺混模式并考虑攻角的影响,发展了一种预测非设计攻角下掺混损失的模型进行了初步验证。结果表明,大部分工况下掺混损失的预测结果与数值模拟结果的偏差在10%之内。     

CO2混合工质冷电联合循环非设计最佳运行组分研究

本文针对耦合在冷藏车上的CO₂混合工质冷电联合循环系统，对其道路运行时的非设计性能进行分析。首先，根据道路运行参数，对内燃机的工况变化区间进行了归类划分；随后，依次建立了稳态设计模型和非设计计算模型。计算结果显示，对于整个道路工况下不同的发动机运行工况，最佳的混合工质CO₂充注比例不同；另一方面，对于整个道路运行工况下的综合性能表现，考虑非设计运行与只考虑稳态设计的系统最优混合工质CO₂充注比例相近。     

非绝热小燃机热力学模型分析

以小型燃气轮机为研究对象,针对热端部件涡轮通过固壁向压气机传热,建立了压气机和涡轮非绝热运行工况热力学模型.基于一定假设,提出不同的效率定义式,并分析了影响各种效率改变的因素及变化趋势,发现测量效率不能准确反映部件的实际气动能力,它对压气机和涡轮传热效率的估计均存在偏差.进一步从热力循环角度研究了热量传递如何改变整机系统实际出功量和效率,结果表明不同的热量传递方式以及压比温比的改变都会对系统性能造成不同程度的影响.     

富燃燃气热物性对气膜冷却特性影响数值研究

为明晰富燃燃气物性变化对气膜冷却的影响规律,本文分别构建了不同热导率的定物性模型和考虑化学平衡的变物性模型,通过数值求解定常RANS方程,获取了定压比热和热导率变化对温度和热负荷分布的影响效应。结果表明：相比于定物性模型,变物性下富燃燃气与冷气的掺混导致混合气比热和热导率降低,近壁区域平均温度最大增加2.557%、热流最大降低24.995%;混合气物性变化引起近壁区剪切应变率降低,冷气与主流剪切形成肾型涡强度减小,冷气耗散变慢,气膜覆盖性变好。     

模型燃气轮机燃烧室中三元两相反应流的数值计算

本文对于一种模型燃气轮机燃烧室中三元两相反应流流场进行了数值计算。在κ-ε双方程湍流模型中考虑了流线曲率的影响;在扩散火焰的k-ε-g湍流燃烧模型中采用了β函数作为混合分数f的概率密度函数;采用了6通量热辐射模型;在两相流模型中应用随机游动法考虑了颗粒的随机扩散。应用随机取样法考虑了液相的初始条件。计算预估了燃烧室中速度矢量,气相燃料浓度,液相燃料浓度,温度的分布以及油珠运动轨迹。与由实验得到的温度分布相比,表明计算是成功的。由作者发展的两相流模型有待实验进一步验证。     

燃气轮机功热并供装置标定试验工况确定和修正探讨

本文应用变工况的折合参数相似理论和因次分析原理,确定燃气轮机功热并供装置标定试验的试验工况原则,并提出简捷合理的修正方法。具体推导多结合较复杂的分轴燃气轮机与排气全燃型锅炉联合的功热并供系统进行。对工程实践有一定实用价值。     

单轴恒速燃气轮机及其功热并供装置的典型变工况特性

利用作者在本期给出的单轴恒速燃气轮机及其功热并供装置的变工况显式解析解，本文给出它们的变工况典型性能．当变工况性能均以其设计值的比值表示时，不同设计值机组的各种无因次变工况性能曲线均分别在一条狭带之中，尤其是燃气轮机的效率基本就在一条线上，而且此线与实际数据相当符合．对以饱和蒸汽供热的功热并供装置，本文特别指出当设计蒸汽压力较高时，其余热锅炉逼近温差在低工况下很容易变为负值，要注意其安全运转问题．