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《燃氣渦輪葉片傳熱特性分析?。喝細鉁u輪葉片內(nèi)冷通道管網(wǎng)計算劉明林》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、熱機氣動熱力學編號:112007中國工程熱物理學會學術會議論文燃氣渦輪葉片傳熱特性分析I:燃氣渦輪葉片內(nèi)冷通道管網(wǎng)計算劉明林李濤薛興旭顏培剛黃洪雁韓萬金(哈爾濱工業(yè)大學458信箱，推進理論與技術研究所，哈爾濱，150001)(電話：13654668215,E-mail：1iuminglin2006@163.com)摘要：木文通過FORTRAN編程建立了考慮旋轉(zhuǎn)、變截血、燃擦以及加熱的管網(wǎng)計算模型。該計算模型可以用來預測渦輪葉片冷卻通道中壓力、溫度以及流量的分配情況，從而迅速的發(fā)現(xiàn)局部高溫區(qū)以及流量分配是否合理，然后改進冷卻結(jié)構，提出優(yōu)化方案。文中詳細給出了管網(wǎng)計算的發(fā)展現(xiàn)狀、
2、計算原理、求解方法和計算步驟，并建立了一套適用于光滑冷卻通道的陽.力系數(shù)和換熱系數(shù)的經(jīng)驗關聯(lián)式，將帶冇實驗數(shù)據(jù)和三維計算的Markll導向葉片進行管網(wǎng)程序的驗證，結(jié)果吻合較好，從而可以為葉片的熱分析、強度以及壽命計算提供原始數(shù)據(jù)。關鍵詞：燃氣渦輪葉片；一元流動；管網(wǎng)計算0引言管網(wǎng)計算是根據(jù)管內(nèi)一元流動理論發(fā)展起來的一門科學，流體在管內(nèi)流動時會發(fā)生傳輸與瞬變現(xiàn)象，這種現(xiàn)象存在于很多實際的生產(chǎn)領域，如流控技術和氣動液壓技術中的動態(tài)過程分析；水電站設計和運行中的水擊現(xiàn)象研究；天然氣、石油的輸運過程；航空發(fā)動機的通氣系統(tǒng)與飛機燃油系統(tǒng)的設計等。因而發(fā)展管網(wǎng)計算的數(shù)值算法意義是十分重大
3、的。將管網(wǎng)計算應用到航空發(fā)動機的通氣系統(tǒng)中，國內(nèi)學者起步較晚，現(xiàn)在許多高校和科研院所都投入了大量的精力對管網(wǎng)計算進行研究。1996年西北工業(yè)大學劉松齡等提出的管網(wǎng)計算是采用流量殘差修正壓力的方法，在收斂性和計算精度上都有較大的改進。2005年南航郭文應用壓力修正方法求解動量方程，并與能量方程耦合計算，使方程組線性化，節(jié)省了計算時間，提高了計算穩(wěn)定性。2009年北航陶智等應用壓力修正方法、流熱耦合計算方法，并考慮了阻力系數(shù)、換熱系數(shù)、物性參數(shù)等的修正，在此基礎上開發(fā)了程序，并應用到有經(jīng)驗關聯(lián)式的模型中進行驗證，最后將經(jīng)過驗證的程序應用到某發(fā)動機空氣冷卻系統(tǒng)初步設計方案的校核和改
4、進中，在此基礎之上又發(fā)展了流固耦合一體化和非穩(wěn)態(tài)管網(wǎng)計算模型。2010年哈爾濱汽輪機廠馮永志等采用簡化的動量方程，對F級燃氣輪機轉(zhuǎn)子空氣系統(tǒng)的壓氣機某級抽氣管路進行了訃算，結(jié)果模擬較好。1管網(wǎng)建模思想一個完整的管路系統(tǒng)包括各種尺寸的管道、各種形式的管道附件，若分別對他們進行編程計算，計算量太大，迭代起來比較慢。根據(jù)質(zhì)量連續(xù)方程，串連管路內(nèi)質(zhì)量流量相同，因此，可將管網(wǎng)劃分成各段獨立支路（或稱為節(jié)流單元）進行處理，從而加快了收斂速度。管網(wǎng)進出口稱為邊界節(jié)點，這些節(jié)點處的壓強或流量為已知的；除邊界節(jié)點以外，其它節(jié)點均稱為內(nèi)節(jié)點，在計算管網(wǎng)內(nèi)流量分布以及壓力分布時，內(nèi)節(jié)點處的壓強和流
5、量未知，支路屮流體從髙壓力節(jié)點流向低壓力節(jié)點。如下圖一、圖二分別為簡化的冷卻結(jié)構和對應的管網(wǎng)模型。圖二葉片局部冷卻結(jié)構管網(wǎng)模型管網(wǎng)分析操作步驟如下1、針對具體冷卻結(jié)構劃分節(jié)點，形成管網(wǎng)計算模型。2、對具體問題進行一次三維計算，提取內(nèi)冷通道壁面溫度。3、求出各節(jié)點元件的阻力系數(shù)、換熱系數(shù)，計算流通的橫截面積、側(cè)面積、距離轉(zhuǎn)子中心的距離等各種參數(shù)。4、給定邊界條件：入口靜壓，靜溫，出口靜壓。5、為避免每次迭代的誤差過大，引入欠松弛因子來保證穩(wěn)定性和收斂性。6、管網(wǎng)計算完畢之后提取相關數(shù)據(jù)與三維計算進行對比。2管網(wǎng)計算原理利用一元流動的連續(xù)性方程、動量方程和能量方程來耦合求解壓力和
6、溫度。2.1控制方程2.11動量方程考慮旋轉(zhuǎn)、變截面、摩擦以及溫度的動量方程山（可以認為是各種因素線性疊加而得）1-/q/d字話如2pAdrPF?丿RcfTdT——:1p2Dhdr(1)對上式經(jīng)過一階差分得:Pj~Pi-Ay-Bjjqfj--其中:n‘2*廿錚券寸+尹0+旦土空(丄+丄)28口Pi+PjAjaEu=8HIA-AJ1_j）[PiPj丿當?shù)模?時m=1,的＜0時m=-1o式中門、pf＞、勺為未知量，摩擦阻力系數(shù)少根據(jù)通道幾何參數(shù)與Re數(shù)市經(jīng)驗公式求出，節(jié)點處溫度T作為己知參數(shù)給出。2.12連續(xù)性方程連續(xù)性方程組在內(nèi)部節(jié)點上建立，即對于i節(jié)點，有質(zhì)量流量平衡方程：
7、=0⑶j式中，的表示節(jié)點i到節(jié)點j的節(jié)流單元的質(zhì)量流量，兩節(jié)點之間沒有節(jié)流單元時的=0。對于給定流量的邊界節(jié)點，方程變?yōu)楣そo二綣「弘表示外部流入i節(jié)點的流j量。2.13能量方程能量守恒方程說明兩節(jié)點之間的總焰變化等于控制體本身動能的變化與從外界吸收的熱量之和；通過節(jié)流單元形式的能量方程和節(jié)點的能量方程就可以把各節(jié)點的溫度求解出來。公式(4)⑶和(5)分別是節(jié)流單元的兩種不同形式的能量方程。認;-小旦嚴+Q⑷其屮：Q=hc（Tw-T）S匯=cpr.丁V2T=?4-—其中為q定壓比熱容，F(xiàn)分別為各節(jié)點所對應
