纯氢燃气轮机火焰筒肋化壁面换热特性数值模拟优化研究

本文针对纯氢燃气轮机火焰筒肋化壁面对流换热冷却问题,采用流固耦合数值仿真计算方法,在现有火焰筒肋片结构基础上(肋高e=3mm,肋间距P=20mm),研究其余11种肋片设计方案(e=3~5mm,P=15~30mm)的流动换热特性和规律,进一步对现有火焰筒冷却结构进行优化。研究表明,肋高e=3mm、4mm时,增大肋间距,换热性能下降;肋高e=5mm时,增大肋间距,换热性能先减小再增大再减小。肋间距P=15mm、20mm时,肋高增加使得换热效果先增大后减少;肋间距P=25mm、30mm时,肋高增加换热效果增加;肋间高比P/e在3~5之间,换热效果最佳,综合分析得出,P/e=3.75时换热效果最好。与现有结构相比,肋高e=4mm,肋间距P=15mm时,对流强化换热系数增加2.6%,摩擦因子增加43%,平均壁温降低5.2%。