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1、碩士學(xué)位論文鎳基合金渦輪葉片復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)多場耦合仿真Multi-fieldcouplingSimulationofNickel-basedAlloyTurbineBladeCompositeCoolingStructure安瀾哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國內(nèi)圖書分類號：TK472學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：621.438密級：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文鎳基合金渦輪葉片復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)多場耦合仿真碩士研究生：安瀾導(dǎo)師：顏培剛教授申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：動力機械及工程所在單位：能源科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2018年6月20日授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大
2、學(xué)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(shè)備。當(dāng)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(shù)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(guān)鍵。當(dāng)前設(shè)計工作者主要基于渦輪復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)流場和溫度場的仿真結(jié)果對渦輪葉片的模型進行設(shè)計，改型，再設(shè)計的過程。但是隨著渦輪前
4、溫度的提高，冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計越來越復(fù)雜，各種新型材料（定向凝固合金，單晶合金）應(yīng)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(jié)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(shè)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(jié)果與實驗結(jié)果。考慮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(shè)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(jié)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)致了該處局部熱應(yīng)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(yīng)力的分布云圖。從最大分切應(yīng)力場來看，之前基于流動換熱結(jié)果的改型具有一定的效果，改型葉片模型最大分切應(yīng)力峰值相比原型有一定的下降，而且高應(yīng)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(yīng)力交接線進行深入研究，開展進一步的改進設(shè)計。關(guān)鍵詞：燃氣輪機；冷卻結(jié)構(gòu)；熱固耦合；最大分切應(yīng)力-I-AbstractAbstractTheaviation,aerospace,marineandterrestrialpowergenera
7、tionindustriesusegasturbinesandauxiliaryenginesasthemainequipmentforpowergeneration.Atpresent,withthereorganizationandestablishmentofCNAFGroup,thelandingoftwomajoraircraftprojectsandthedevelopmentofgasturbinetechnologyhavebecomethekeytoChina'sdevelopmentofaircraftpower,shipp
8、ower,andenergypower.Currentdesignworkersmainlydesign,modify,andredesignthet
