涡轮静叶尾缘开槽冷却特性的数值研究

本文用三维数值模拟的方法,对某具有尾缘开槽冷却的涡轮静叶栅进行了详细的气热耦合计算与分析,研究了具有尾缘开槽冷却形式的涡轮静叶片的冷却特性,并结合叶片表面温度分布和静压分布对比分析了叶片在不同吹风比下该冷却方式对流场气动性能的影响。气热耦合计算结果表明:此种尾缘开槽的冷却形式可以对叶片尾缘高温区起到有效的冷却效果,同时使主流通道的气动喉口向上游迁移,在冷却槽口区域引起主流的压力波动。     

基于BP神经网络的多参数气膜冷却效率研究

气膜冷却作为当代燃机高温透平中必需的冷却手段,其冷却性能在多种参数的影响下表现复杂。采用BP神经网络模型对多种几何、流动参数变化下的气膜冷却系统的绝热气膜冷却效率进行预测。选择气膜冷却系统的吹风比、密度比、主流湍流度、面积比和长径比作为神经网络的输入参数,以燃气轮机透平叶片气膜冷却的实际运行工况为范围建立数据库。计算结果表明,采用贝叶斯归一化法训练后建立的气膜冷却神经网络模型在预测精度上要优于经验公式法,而且参数适用范围更广,具有良好的发展应用前景。     

含化学热沉的气膜冷却流动与换热研究

为了进一步提高涡轮入口温度,提出一种新型气膜冷却方法~含化学热沉的气膜冷却方法。对于新方法来讲,化学热沉的存在会影响气膜孔下游的流场,从而影响主流与固体壁面的换热。建立简化理想化学热沉模型,采用标准k-ε湍流模型对该方法进行数值模拟,结果表明,化学热沉的存在降低了气膜孔出口下游不远处壁面附近的温度,同时增大了壁面处混合气膜与壁面之间的对流换热系数.     

特殊结构超导球形转子气浮平衡装置的气膜分析（英文）

本文设计了一种六孔侧吹式静压气体球轴承,利用气浮法对非完整球形的超导转子进行静平衡检测.由于转子采用超导铌制成,薄壁空心,在4.2K极低温条件下工作,并高速旋转,要求转子具有较高的平衡精度,针对本文提出的测量方法,在测量过程中,转子自由悬浮,作用于转子表面的支撑力引起守恒干扰力矩,以及作用于转子表面的粘性剪应力引起非守恒干扰力矩,都是静平衡装置设计过程中不容忽视的关键部分,所以本文就此问题进行分析.在一定假设条件下,根据气体润滑理论和粘性流体动力学中的Navier-Stokes方程,推导得出垂直于转子表面的支撑力的计算公式以及流体粘性剪应力的计算公式,以及与轴承各设计参数之间的关系,根据静压气体球轴承设计尺寸得出各作用力的大小.     

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。     

陀螺电机动压气体轴承刚度测试方法改进（英文）

动压气体轴承陀螺电机的气膜刚度是评价轴承承载能力的关键指标。针对H型动压气体轴承陀螺电机气膜刚度测试方法存在测量精度和重复性差的问题,提出了刚度测试工装是保证刚度测试重复性精度的一个重要方面,刚度测试工装的加工和装配精度、材料的热变性和应力变形都是影响气膜刚度测试准确性的主要因素,在设计时必须考虑。通过对现有刚度测试工装材料、结构和方法的优化改进和仿真分析,验证了采用改进后的刚度测试工装和方法更有利于提高了轴承刚度测试的重复性精度。     

基于孔内流动机理的气膜冷却界面模型

气膜冷却是燃气轮机中重要的冷却方式。本文关注孔内流动机理,发现了一个我们称之为单向弱耦合的现象,即孔内流动会改变下游冷却效果,而主流条件的改变对于孔内出口面附近某一界面以下的流动没有影响,该界面被称之为特征界面。这一现象显著减少了孔内流动所依赖参数的数目,简化了气膜冷却的建模过程。基于这一现象,本文提出了气膜冷却界面模型。该界面模型引入卷积神经网络(CNN)模型,基于四个反映参数预测特征界面上流场分布,并将其作为冷却射流的入流边界条件,在CFD中计算下游冷却效果。将界面模型应用于平板及端壁气膜冷却算例,显示了较强的通用性和较高的精度,同时将计算效率提升了一个数量级。     

横流下前向与反向复合角沟槽孔气膜冷却效率

利用红外热像技术实验分析了横流比(Cr=0.08,0.16)和吹风比(BR=0.5,1.0,2.0)对横向沟槽内反向和前向复合角气膜孔的气膜覆盖特性的影响.数据对比指出:沟槽、复合角度和反向冷气出流对于前向简单孔所发生的射流分离现象存在明显的抑制作用,有利于提高气膜覆盖.复合角度在大腔进气(Cr=0)时会引起冷却效率偏...     

干气密封环端面结构参数正交优化及热变形研究

泄漏是干气密封失效的主要形式,而密封环端面又是主要的泄漏通道.针对特定工况,利用密封环的结构参数对密封气膜性能的影响程度,通过有限元正交仿真,来优选密封环的端面结构参数;另外,利用稳态热分布的有限元仿真,通过热-结构耦合,获得密封动环的热变形及动环材料属性对密封特性的影响关系.研究结果显示,除弹性模量之外,导热系数、Poisson(泊松)比和热膨胀系数均与密封动环的热变形成拟线性关系.研究结果对干气密封环的优化设计具有指导和参考价值.     

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。