燃机叶片U带肋冷却通道的结构优化

内部对流冷却是燃气轮机叶片冷却的重要组成部分之一。基于代理模型和遗传算法,以带肋U形通道肋片角度,肋片方向和肋片距离作为变量对带肋通道中的肋片角度,朝向和相对位置进行优化,以改善整个通道的换热和流动性能。相比于对照通道,第2直通道换热功率最高提高了18.5%,摩擦因子最大降低幅度为28.6%。     

双层套管直接加热式流动湿蒸汽湿度测量仪

提出了一种以能量守恒定律为基础,用于加热法测量流动湿蒸汽湿度的计算表达式,并以此设计了一种彼此同心、相互绝热和绝缘的双层套管直接加热的实现流动湿蒸汽湿度测量的仪器。在该仪器中,双层套管的内、外层加热管均直接作为电加热元件。内层管用来加热湿蒸汽取样,使之变成过热蒸汽;外层管加热以维持内外层管壁具有相同的温度,实现内层管对湿蒸汽加热时的零散热损失。测出内层管对流动湿蒸汽取样的加热量、流动湿蒸汽的压力、湿蒸汽取样加热后得到的过热蒸汽的压力和温度以及湿蒸汽取样的流量,按照所提出的流动湿蒸汽湿度的计算表达式,可准确地测出流动湿蒸汽的湿度。     

湿空汽撞击流中液滴团聚规律研究

基于湿空汽撞击流中液滴运动理论,搭建实验平台模拟湿蒸汽射流撞击过程,实验结果表明:出口面液滴索特尔平均直径为入口处的3.1到6.1倍,小直径液滴在撞击流中会产生团聚效应。利用数值模拟研究撞击流中液滴团聚机制,数值结果与实验结果误差最大在20%。数值计算结果表明:湍流效应、液滴数量密度和液滴停留时间是影响液滴团聚效应的3个重要因素;随着气流入射角和蒸汽湿度的增加,液滴团聚效应显著增强;针对本文所用撞击装置,当入口流速在2.0m/s～2.5m/s左右时,液滴团聚效应最强。     

汽轮机空心静叶去湿缝隙结构的研究

在空气-水膜两相流动试验装置上,试验研究了去湿缝隙几何形状和尺寸与缝隙去水效率之间的关系,得到了缝隙角度、宽度与去水效率的关系曲线;分析了空心静叶去湿缝隙的抽吸过程和机理;讨论了缝隙抽吸对叶栅通道内主流场的影响。结果表明：小的缝隙角度可以提高缝隙的去水效率;存在一个去水效率较低的缝隙宽度范围,在本试验条件下,相应去水效率较低的缝隙宽度为1．0～1．5mm;另外,将缝隙进口前端边缘加工成带有半径为1mm的过渡圆角,可以将缝隙去水效率提高5％以上。在此基础上,提出了空心静叶去湿缝隙的基本设计原则以及合理的缝隙结构形状与尺寸。     

缝隙抽吸对二次水滴直径及直径分布影响的试验研究

在空气-水膜两相流动试验装置上，利用Malvem粒度分析仪对空心静叶缝隙抽吸和无抽吸条件下的静叶尾迹区二次水滴直径及直径分布进行了测量和分析。结果表明：缝隙抽吸可以有效地去除静叶表面上的流动液膜，大大减小了静叶尾迹区由于撕裂和二次雾化所形成的二次水滴直径；且水滴直径分布的范围较窄，有利于减轻或防止动叶的水蚀。     

燃机透平叶片带肋直通道结构优化策略

在不降低换热能力的基础上,提出了新的带肋通道优化策略,以降低流动阻力,改善壁面温度的不均匀性。采用Kriging代理模型和遗传算法对宽高比为1、带有45°肋片直通道进行了优化计算,获得了良好的优化效果。得到以下结论:在带肋直通道切除部分肋片效率为负的肋片,可以降低通道的流动阻力且提升换热强度,优化后的通道换热性能因子可提高2.8%;通过寻优计算,获得了宽高比为1肋片倾斜角度45°直通道最优参量范围。     

陶瓷过滤元件流动参数与结构参数对过滤特性的影响

计算和分析了渗流流速以及陶瓷颗粒直径、孔隙率、陶瓷过滤元件截面形状等主要流动参数与结构参数对于刚性烛状陶瓷过滤器过滤效率和过滤流动的压力降等特性的影响。结果表明：锥状截面陶瓷过滤元件从过滤特性上讲更优越；对整体煤气化联合循环（IGCC）陶瓷过滤元件的过滤介质来说，陶瓷颗粒直径为20μm左右时是适合的。     

15kW等级闭式海洋温差KSC-11发电系统的性能分析

对15kW等级混合工质海洋温差卡林纳-11循环(简称KSC-11)系统进行计算和分析。结果表明,对于给定的透平进口压力,KSC-11系统存在相对应的最佳氨质量分数。对于给定氨质量分数的KSC-11系统,也存在相对应的最佳透平进口压力。在可利用海水温差19℃条件下,15kW等级KSC-11系统中,氨质量分数对最大净功影响不大,对应最佳透平进口压力为0.60～0.75MPa;氨质量分数为0.95的KSC-11系统综合性能最好,单位净功产量的换热器总面积γ为6～7m2/kW,对应的最佳透平进口压力为0.75MPa。     

燃气轮机叶片内部直通道的肋片结构优化

提出了一种新型燃机透平叶片带肋直通道结构优化策略,采用ANSYS Workbench优化设计平台,应用Kriging代理模型和遗传算法对燃机叶片内宽高比为4、肋片角度为45°的带肋直通道进行了优化计算。结果表明:在带肋直通道切除部分肋片效率为负的肋片的新型结构可实现强化换热且降低流阻;优化后的肋片通道较未优化的通道,换热性能因子提升2. 9%,摩擦因子比降低可达3. 8%;通过寻优计算,获得了宽高比为4,肋片倾斜角度45°燃机叶片内带肋直通道最优结构参数。     

矩形带肋通道中蒸汽与空气换热特性比较试验研究

模拟实际燃气轮机叶片内冷通道几何及传热结构,研究了蒸汽和空气在两面带有肋片的矩形通道中当雷诺数为10000⁸0000时的换热和摩擦特性。试验通道宽高比(肋片在宽面上)为0.5,肋间距p/e为10,通道阻塞比为0.047,试验通道长度L为1000mm。试验结果显示,蒸汽和空气在带肋通道中的平均换热系数,平均摩擦系数和换热性能随雷诺数的变化趋势几乎相同;在相同试验条件下,蒸汽在带肋通道中的平均换热系数比空气高30.2%,平均摩擦系数比空气高18.4%;蒸汽在带肋通道带肋面和光滑面上的换热性能比空气分别高8.4%和7.3%。