叶片蒸汽冷却耦合换热特性的数值研究

为评估透平叶片的蒸汽冷却效果,以Mark II叶片为对象,采用热流固耦合的数值计算方法,通过与实验数据进行比较考察了不同湍流模型对计算结果的影响,对比分析了空气、过热蒸汽和湿蒸汽冷却效果的差异,研究了冷却蒸汽质量流量、进口湍动度和叶片表面粗糙度对蒸汽冷却效率的影响.结果表明:SST转捩湍流模型对于流动换热计算有较高的精度;与空气冷却相比,过热蒸汽冷却的效率更高,叶片壁面温度更低;与过热蒸汽冷却相比,湿蒸汽的冷却效率更高,叶片壁面温度更低,且随着蒸汽湿度的增加,冷却效率提高,叶片壁面温度降低;增加冷却蒸汽的质量流量可使冷却效率提高,但冷却蒸汽的温升减小;当湍流强度小于3%时,冷却效率随冷却蒸汽进口湍流强度的增大而提高;增加叶片粗糙度使得叶片冷却效率显著提高.     

涡轮叶片端壁表面温度相似性研究

以燃气透平端壁气膜冷却特性为研究对象,在满足流-固耦合换热温度场相似性条件的基础上,首次提出了一种新的气膜冷却端壁表面温度分布预测方法。提出端壁表面温度场相似性成立条件:(1)主流雷诺数和吹风比相同,维持主流温度恒定,改变冷气进口温度;(2)维持冷气进口温度恒定,改变主流温度。首次用定量的方法,描述流-固耦合换热温度分布图的相似性现象,发现当冷气进口温度恒定为750 K时,主流和冷气温差大于150 K才有较好的相似性;当主流温度恒定为1 700 K时,主流和冷气温差大于250K才有较好的相似性。预测方法要求具有两组已知温度场。当被预测工况与已知工况之间的温差在[-400 K,200 K]区间之内时,预测偏差小于5.5%。     

基于运行数据的IGCC电站燃气轮机性能分析

基于现场数据,对天津IGCC(整体煤气化联合循环)中燃气轮机建立数学模型,分析环境温度,燃料热值,透平出口温度等因素对燃气轮机性能的影响。结果表明:环境温度降低时,机组热效率迅速增大,透平进口燃气温度上升,第一级静叶表面温度迅速减小,透平冷却效果良好。压气机压比迅速减小,IGV(可调导叶)开度对环境温度变化敏感,变化幅度大。合成气热值降低时,机组热效率稳定,透平进口燃气温度与透平叶片表面温度稳定。压气机可以通过较小的IGV开度变化保证在合成气热值大幅度变化时压比保持稳定,防止喘振。透平出口温度设定值逐渐增大,透平进口燃气温度随之上升。透平第一级静叶表面温度升高,透平冷却效果恶化。过低的透平出口温度会降低机组热效率。此时IGV可以保证压气机压比与空气质量流量的变化。     

透平冷却空气量计算方法综述

燃气轮机效率提高的主要途径是提高透平进口温度。随着透平进口温度的不断提高,对冷却空气量的需求也逐渐增多,为保证透平安全可靠运行,透平冷却空气量的计算就显得尤为重要。本文对比了国内几篇文献中针对V94.3燃气轮机透平冷却空气量的估算方法,同时介绍了国内外其他研究人员利用流体网络法的研究成果。通过对比分析可知,采用叶片冷却模型以及从燃气轮机功率角度估测冷却空气量的方法适用于工程应用。流体网络法有严谨的理论支持,可针对空气系统具体部件进行计算分析。     

负压对太阳能加湿除湿产淡水性能的影响

为提高淡水产量,设计一种太阳能负压式太阳能加湿除湿海水淡化系统,通过减小加湿腔体内压强来增加湿空气中含湿量,湿空气分别在液环真空泵和除湿腔内冷凝收集得到淡水。湿空气中含湿量上升,日产淡水总量增加。当湿空气温度70 ℃时,加湿腔压强从90 kPa减至70 kPa,含湿量增加154.9 g/kg;加湿腔压强70 kPa时,12：00—14：00可稳定产淡水1.8 kg/h以上,最高可达2.1 kg/h。装置性能系数GOR最高可达1.7。     

具有新型双层壁结构的透平叶片流热耦合研究

多通道壁面射流冷却结构是一种新型的燃气透平动叶内部冷却结构,具有消耗冷气少、压力损失小等优点。本文构建了简化的壁面射流冷却叶片与GE-E3冷却结构叶片模型,采用流热耦合方法对比研究了其流动与换热特性。结果表明,壁面射流冷却通道内的狭小空间抑制了横流的产生,冷气在冷却通道中形成了流向涡;前缘冷气流道中的大量冷气流经吸力侧冷却区,并从出口压力更小、面积更大的尾缘排出,使得前缘气膜孔出流的冷气流量和动量较小,冷气在叶片外表面的气膜覆盖特性更好;离心力的影响导致前缘冷气流道中叶根处的压力较低,叶根附近的气膜孔出现燃气主流入侵现象。相比于GE-E3叶片,壁面射流冷却叶片的前缘温度和温度梯度都较小,因此多通道壁面射流冷却在前缘具有更优异的冷却特性。     

燃气透平叶片前缘气膜冷却效率的试验研究

为了研究燃气透平叶片前缘气膜冷却的传热特性,建立了叶片可视化测试试验台,对叶片前缘区域的冷却效率进行了试验研究,分析了不同吹风比、不同主流雷诺数对叶片前缘区域冷却效率的影响.结果表明：气膜孔附近的冷却效率随吹风比的增大而提高,气膜孔下游的冷却效率随吹风比的增大而降低;冷却效率最高的区域在吸力面上,最低的气膜冷却效率在压力面上产生;低吹风比时主流雷诺数对叶片冷却效率的影响较小;但在高吹风比时,主流雷诺数对叶片前缘气膜孔附近的冷却效率影响较大.     

重型燃气轮机透平第一级动叶气膜冷却特性数值模拟研究

采用Realizable k-ε湍流模型,并结合Simple算法和有限体积法对三维定常不可压缩N-S方程进行离散,对某重型燃气轮机透平第一级动叶在不同吹风比和主流湍流度条件下的气膜冷却效率进行了数值模拟。结果表明:气膜冷却能够有效地降低叶片表面的温度,但叶片前缘吹风比的改变对冷却效果的影响不是很大,在前缘滞止线两侧仍然存在较大的高温区;在压力面侧和吸力面侧,随着吹风比的增大,沿叶片展向平均冷却效率分布都得到了提高;低吹风比时,吸力面靠前缘区域孔排中的冷却孔保持单孔冷却特点,孔间区域冷却效果较差;主流湍流度对气膜冷却效果产生了明显的影响,但影响趋势因不同吹风比而各不相同,其对冷却射流的影响主要集中在气膜孔下游扩散上。     

冷却对燃气透平的熵增及透平效率影响的研究

运用修正的解析模型计算得到叶片冷却空气需求量和温度分布,并从热力学第二定律角度出发,阐述了动、静叶冷却过程的熵增情况,详细分析了冷却空气在冷却通道内的内部摩擦、导热损失模型以及冷却空气与燃气掺混时的内能和动能损失模型.对不同定义下的燃气轮机透平效率进行了比较、探讨,研究了叶片冷却对透平效率的影响,并对其进行了修正.算例结果表明,冷却导致的一系列不可逆熵增使得透平效率发生了2％ -3％左右的下降.因此,在研究中需对冷却导致的透平效率变化进行修正,使得结果更加准确.     

导叶端壁在高温比下冷却特性的实验研究

利用高温风洞及远红外热像技术,实验研究了导叶端壁10排气膜孔出流在主燃气/冷气温比为2.68(主流温度500℃)下的综合冷却特性,对比不同主流进口雷诺数Re_(in)(10000、14900和19700)和吹风比BR(0.6、1.0、1.5和2.0)下端壁表面的综合冷却效率。研究表明:端壁表面冷却效率分布很不均匀,叶片周围和端壁前缘冷却效率较低,端壁中间偏吸力面的区域冷却效率较高;从前缘到尾缘,冷却效率整体呈现逐渐升高的趋势;Re_(in)从14 900增加到19 700时,端壁表面平均冷却效率在BR=1.5和2.0时增幅分别为6.2%和7.2%,而在BR=0.6和1.0时,增幅却均小于2.6%。