《渦輪葉片雙工質高效冷卻及熱應力協同機理研究》是依託西安交通大學，由徐亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：渦輪葉片雙工質高效冷卻及熱應力協同機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐亮
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
熱端部件冷卻技術是高溫渦輪研製的關鍵核心技術之一,先進的冷卻技術不僅能大大降低高溫渦輪葉片的整體溫度，還能最大限度地減小葉片的熱應力。雙工質冷卻技術是目前工業燃機最為先進的冷卻技術之一。對於高溫渦輪雙工質冷卻葉片，高效冷卻和熱應力增大是一對孿生的對立統一體。為了有效解決這一難點，本研究擬採用過熱水蒸汽和空氣替代原單一的空氣作為冷卻工質，設計雙工質冷卻新型結構。通過理論數值計算和實驗研究相結合的方法,解決單元冷卻結構下空氣與蒸汽換熱及流動機理、雙工質高效冷卻的流量協調分配以及雙工質冷卻葉片的熱應力分布規律，研究葉片不同工質、不同冷卻結構下的冷卻換熱機理，建立科學合理的雙工質冷卻結構設計方法，揭示雙工質冷卻葉片流動、傳熱及熱應力的協同物理機制。
結題摘要
基於10種內冷帶肋單元通道和某五內冷光滑通道的試驗葉片的蒸汽/空氣流動及換熱特性的試驗數據，以某重型燃機的渦輪第一級導葉為研究對象，量化了葉柵級內通道的蒸汽內部冷卻效果；基於試驗數據發展了一種較為準確的高度非線性的三維定常葉柵氣熱耦合理論計算方法。理論研究了葉柵級單純蒸汽內部冷卻結論的適用性與一致性問題，得出高溫渦輪葉片單純蒸汽冷卻能力不足，指明了高溫渦輪葉片採用蒸汽冷卻技術的設計方向。 基於蒸汽高效冷卻與熱應力相協同的高溫雙工質冷卻葉片結構設計理念，建立了雙工質冷卻結構設計的氣熱彈多物理場耦合理論計算方法，並基於已有的試驗研究數據，從而構建了一種較為準確可靠的集成的雙工質冷卻結構設計系統方法。 結合五通道冷卻結構的不足之處，利用雙工質冷卻結構設計系統方法，針對某重型燃機的渦輪第一級導葉，在五通道葉片冷卻結構的基礎上最佳化設計出了一種蒸汽高效冷卻與熱應力相協同的高溫雙工質冷卻葉片。接著對該雙工質葉片進行了冷效和熱應力測定試驗，試驗結果表明，所設計的葉片可實現冷卻效率高、表面溫度分布均勻，熱應力小，符合設計理念。 通過本課題，初步建立了一套基於冷卻效率與熱應力協同設計葉片冷卻結構的規律和方法，通過冷卻效率和熱應力的測定試驗研究，探討葉片各部位冷卻結構的冷卻效率和熱應力水平，體現了高效冷卻與熱應力這一對矛盾的存在，並深入揭示了這兩者之間協同關係的機理。
