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工程边缘

带Floefd的涡轮叶片冷却

列昂尼德·古洛夫,博士。斯韦特兰·什蒂尔金德,博士。Gennady Dumnov导师图形,机械分析科

G由于涡轮机在许多应用中发挥着重要作用,比如航空发动机,发电和天然气生产。为了提高燃气轮机的功率输出和热效率,必须提高进入燃气轮机的燃气进口温度,这就意味着涡轮叶片和叶片的有效冷却至关重要。为了消除过早失效的可能性,设计人员必须尽可能准确地预测传热系数和金属温度的局部值。这就是CFD技术的应用发挥作用的地方。

而传统的CFD模拟方法往往需要大量的用户干预,包括人工网格生成和湍流模型的调整。Floefd将任何此类干预减至最低。内部冷却涡轮叶片的研究,例如,在Floefd中清晰可见,无需手动执行热气体和冷却剂区域或固体叶片的自适应啮合。在这种内部冷却叶片的特殊情况下,NASA C3X线性级联,一个著名的基准测试用例,用于验证某些数据。

根据实验数据[1]定义了叶栅周围产生的热空气流。叶片上游(涡轮进口)规定了总压力(3.217 bar)和温度(783 k)的固定值。为了实现叶片下游的跨音速流型(马赫数=0.9),定义了计算出口处的静压值。用马赫数分布表示的结果流场如图1所示。

涡轮

图1。c3x叶片跨中马赫数分布

为了模拟叶片的对流换热,由不锈钢制成,冷却液流量,考虑了两种方法:通用和简化。一般方法意味着模拟每个通道中的冷却液流动。”“就是这样”因此建议使用3D问题陈述。因此,由于冷却液流动被加热,沿叶片高度的非均匀传热可以在模拟中捕获(图2)。

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图2。Floefd预测的金属温度分布

这种简化方法假定每个冷却通道中的冷却液和壁之间的传热系数的平均值是已知的。在这种情况下,冷却液流动可以从模拟中排除,并由每个通道壁上的相应边界条件代替,这些边界条件包括传热系数和冷却液温度的平均值。尽管问题陈述被简化为2d,这种方法可以用来估计叶片在中跨处的热特性。

图3显示了使用这两种方法获得的跨中金属温度和传热系数分布。FloEFD预测与相应的实验测量结果吻合得很好,使本研究成为使用FloEFD技术计算一个以其对网格质量的高灵敏度而闻名的问题的极好证明。湍流建模方法和边界层处理。

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图3。叶片中跨金属温度和传热系数预测值

参考文献:

  1. 海尔顿L.DMihelcMS.Turnere.R.尼利d.A.YorkR.e.1983,“涡轮叶片表面传热分布的分析和实验评估,“NASA论文号CR-168015
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