动叶凹槽状叶顶气膜冷却有效度和气动性能不确定性量化研究

结合非嵌入式多项式混沌展开方法、稀疏网格技术、Sobol Indic敏感度分析方法以及RANS方程求解方法,提出了涡轮动叶凹槽状叶顶气热性能不确定性量化分析方法,数值模拟与实验数据吻合一致验证了本文方法预测凹槽状叶顶气热性能的有效性。在量化几何参数叶顶间隙和运行参数主流进口总温以及吹风比的不确定性的基础上,对GE-E 3动叶叶顶的气动以及换热性能进行不确定性量化,详细分析了不确定性输入量对平均气膜冷却有效度、间隙泄漏量以及下游总压损失系数的影响,并且通过Sobol Indic方法对各不确定性变量对叶顶气热性能不确定性的贡献进行量化研究。不确定性分析的结果表明:叶顶前缘区域的泄漏量对不确定性输入不敏感,但是尾缘区域泄漏量的不确定性偏差可达到25%;下游总压损失系数总体受不确定性波动的影响较小;在几何及工况不确定性的影响下,叶顶气膜冷却有效度的统计均值相比于设计值下降29.52%,并且其偏离设计值10%的概率高达91.83%。敏感度分析的结果表明:叶顶间隙的偏差是叶顶气动性能不确定性的主导变量,叶顶间隙偏差对泄漏量以及下游总压损失系数的方差占比分别达88.02%与85.31%;在叶顶传热特性的不确定性方面,3个研究变量对气膜冷却有效度不确定性的贡献均不可忽略。本文研究的3个变量中,叶顶间隙对凹槽状叶顶气动和气膜冷却有效度的综合影响最大,所以在叶片的加工装配过程中需要保证叶顶间隙的精度。

透平静叶表面多排孔气膜冷却特性试验研究

为研究燃气轮机透平静叶表面的气膜冷却特性,搭建了平面叶栅气膜冷却试验台,采用红外成像技术测量了带有多排扇形气膜孔的透平静叶表面气膜冷却有效度和传热系数,分析了不同吹风比下静叶压力面和吸力面不同孔排下游气膜冷却有效度和传热系数的分布规律。结果表明:随着吹风比的增大,静叶压力面各排孔后气膜冷却有效度增大,静叶吸力面孔排1下游气膜冷却有效度减小,吸力面孔排2和吸力面孔排3下游气膜冷却有效度先增大后减小,吸力面孔排4下游气膜冷却有效度增大;大吹风比时,气膜出流使得静叶表面大部分区域展向平均传热系数相比无气膜时小幅增大。

气膜冷却布置对前缘流动传热的影响

透平一级静叶前缘是高温燃气滞止的区域,承受着整个叶片最高的热负荷,是极为重要的冷却部位。本文首先通过压力敏感漆实验得到了前缘在不同布置、吹风比、密度比情况下的绝热气膜冷却有效度分布,结合数值所给出的详细流场和传热信息,深入剖析了前缘气膜冷却的流动传热机制。

带标量修正的气膜冷却各向异性湍流模型

本文采用作者提出的带标量修正的代数各向异性湍流模型,对平板带复合角气膜冷却在带横槽/不带横槽情况下的流动传热进行了研究.通过比较不同工况下的流动传热预测结果,讨论了湍流动量、标量输运对于气膜冷却预测的影响.各向异性修正的雷诺应力项能减弱各向同性湍流模型所带来的肾形涡系强度过预测的问题。而各向异性的湍流标量扩散项则能有效地将雷诺应力和温度梯度对于湍流标量扩散系数的影响体现出来。结果表明带标量修正的各向异性湍流模型能很好地提高气膜冷却的预测精度.

湍流黏性修正在不同孔型气膜计算中的应用

燃气轮机气膜冷却流动中的复杂涡系使得其湍流黏性系数体现出很强的各向异性。本文采用作者提出的代数各向异性湍流黏性系数修正方法(AAEV方法),对不同孔型气膜冷却进行了研究。文中结合平板圆孔、扇形孔气膜冷却实验结果,将传统的湍流模型与修正后的湍流模型获得的模拟结果与实验值进行了比较,得到修正后的结果与实验有较好的吻合度。修正后的湍流模型对不同的孔型有很好的适用性,同时揭示了两种孔不同的三维特性。