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1、碩士學位論文鎳基合金渦輪葉片復合冷卻結構多場耦合仿真Multi-fieldcouplingSimulationofNickel-basedAlloyTurbineBladeCompositeCoolingStructure安瀾哈爾濱工業(yè)大學2018年6月國內圖書分類號：TK472學校代碼：10213國際圖書分類號：621.438密級：公開工學碩士學位論文鎳基合金渦輪葉片復合冷卻結構多場耦合仿真碩士研究生：安瀾導師：顏培剛教授申請學位：工學碩士學科：動力機械及工程所在單位：能源科學與工程學院答辯日期：2018年6月20日授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大
2、學ClassifiedIndex:TK472U.D.C:621.438DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMULTI-FIELDCOUPLINGSIMULATIONOFNICKEL-BASEDALLOYTURBINEBLADECOMPOSITECOOLINGSTRUCTURECandidate：AnLanSupervisor：Prof.YanPeigangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：PowerEngineeringAffi
3、liation：EnergyScience&EngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要航空，航天，航海和地面發(fā)電行業(yè)將燃氣輪機及輔機做為產(chǎn)生動力的主要設備。當前隨著中航發(fā)集團的重組成立，兩機重大專項的落地，發(fā)展燃氣輪機技術已經(jīng)成為我國發(fā)展飛行器動力、艦船動力、能源電力等行業(yè)的關鍵。當前設計工作者主要基于渦輪復合冷卻結構流場和溫度場的仿真結果對渦輪葉片的模型進行設計，改型，再設計的過程。但是隨著渦輪前
4、溫度的提高，冷卻結構的設計越來越復雜，各種新型材料（定向凝固合金，單晶合金）應用于渦輪葉片的制作生產(chǎn)，單一的溫度場和流場的仿真結果是不夠的，我們需要綜合多物理場的數(shù)據(jù)從而提出更佳的設計和改型方案。在氣熱耦合驗證方面，本文使用MarkⅡ葉型作為研究對象，對比并分析了五種湍流模型（k-ω、k-ε、sst、ssg、BSLReynoldsStress）的氣熱耦合仿真結果與實驗結果?？紤]本文中模型和實際實驗室計算資源的情況，選取k-ω湍流模型作為渦輪葉片模型全三維氣熱耦合仿真的湍流模型。在ANSYS-CFX平臺下對已經(jīng)具備初步設計的某燃氣輪機一級渦輪動葉
5、進行全三維氣熱耦合計算，分析溫度場云圖和流場云圖，提出七條改型方案。完成改型后，對改型結果進行CFX全三維氣熱耦合仿真，從溫度分布和流動的角度來看，改型具有明顯的效果。針對原型模型和改型模型，基于Abaqus商業(yè)有限元數(shù)值軟件進行了熱固耦合計算，得到原型和改型渦輪葉片葉身名義應力分布情況。熱固耦合通過Fortran語言編寫交接面插值程序，在Matlab下寫Abaqus有限元模型文件來實現(xiàn)。從名義應力場的角度來看，之前的七處改型仍然表現(xiàn)出良好的效果。但同時原型和改型葉片也都反映出了一個共同的問題，即冷氣入口處換熱過于劇烈，這導致了該處局部熱應力集
6、中?；谟邢拮冃尉w塑性滑移理論，通過Abaqus子程序計算原型和改型葉片葉身最大分切應力的分布云圖。從最大分切應力場來看，之前基于流動換熱結果的改型具有一定的效果，改型葉片模型最大分切應力峰值相比原型有一定的下降，而且高應力面積也有一定的下降。本文指出，改型鎳基合金渦輪葉片仍然需要針對較為明顯的正負最大分切應力交接線進行深入研究，開展進一步的改進設計。關鍵詞：燃氣輪機；冷卻結構；熱固耦合；最大分切應力-I-AbstractAbstractTheaviation,aerospace,marineandterrestrialpowergenera
7、tionindustriesusegasturbinesandauxiliaryenginesasthemainequipmentforpowergeneration.Atpresent,withthereorganizationandestablishmentofCNAFGroup,thelandingoftwomajoraircraftprojectsandthedevelopmentofgasturbinetechnologyhavebecomethekeytoChina'sdevelopmentofaircraftpower,shipp
8、ower,andenergypower.Currentdesignworkersmainlydesign,modify,andredesignthet
