《透平葉柵環境下強摻混氣膜冷卻流動傳熱機理研究》是依託清華大學，由任靜擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：透平葉柵環境下強摻混氣膜冷卻流動傳熱機理研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：任靜
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
燃氣輪機是能源高效轉化與潔淨利用的核心動力裝備。高效的氣膜冷卻是當代燃氣輪機提升燃氣初溫從而提高效率的重要途徑之一。隨著燃機透平葉柵向著高效高負荷發展，氣冷透平中氣膜冷卻射流與葉片曲率、主流壓力梯度和主流三維渦繫結構之間具有愈來愈強烈的相干性。擬申請的課題將以實驗研究為主，有機結合理論分析和數值方法研究，依託曲率通道氣膜冷卻實驗台和高亞音速氣冷葉柵實驗台，建立氣冷透平葉柵環境下的氣膜冷卻流動傳熱資料庫，發展適於三維氣冷透平的高精度各向異性數值模擬方法，掌握透平葉柵中主流與冷卻射流的強摻混機制和互動作用機理，掌握強摻混引起的氣冷透平動量損失機制，揭示氣冷透平中氣動傳熱耦合機理，發展氣冷透平中氣膜冷卻均勻化的方法。從而為發展高效清潔燃氣輪機氣冷透平的最佳化方法和體系打下紮實基礎。
結題摘要
燃氣輪機是能源高效轉化與潔淨利用的核心動力裝備。高效的氣膜冷卻是當代燃氣輪機提升燃氣初溫從而提高效率的重要途徑之一。隨著燃機透平葉柵向著高效高負荷發展，氣冷透平中氣膜冷卻射流與葉片曲率、主流壓力梯度和主流三維渦繫結構之間具有愈來愈強烈的相干性。本課題以氣冷透平中主流流動與氣膜冷卻射流的互動作用為著眼點，以氣冷透平內強摻混的三維流動傳熱場為研究對象，通過有機結合實驗、數值和理論分析等研究手段，圓滿完成了透平複雜環境下強摻混氣膜冷卻的流動傳熱特性研究： 搭建了曲率及壓力梯度氣膜冷卻實驗台，建立了透平環境下氣膜冷卻流動傳熱基礎資料庫：氣膜冷卻氣動特性資料庫，氣膜冷卻傳熱特性資料庫，透平環境下複合角氣膜冷卻特性資料庫和扇形孔氣膜冷卻特性的資料庫；深入分析了不同曲率/壓力梯度條件下氣膜冷卻射流中腎型渦的變形和衰減規律、冷卻射流與主流的摻混規律以及其在主流中“抬升現象”的變化機制；基於實驗資料庫發展了透平葉柵中氣膜冷卻有效度的修正方法；依託高亞音速氣冷葉柵實驗台，研究了不同吹風比下的葉柵氣膜冷卻流動傳熱特性；基於端壁冷卻機理實驗研究了透平靜葉端壁區域的氣膜冷卻特性及其與透平流動摻混特性；基於氣冷透平端壁氣熱耦合實驗研究了氣冷透平氣熱耦合特性，探索了氣冷透平中氣膜冷卻均勻化的方法；發展並驗證了三維氣冷透平強摻混流場的高精度各向異性數值模擬方法。 本課題按照課題申請要求圓滿充分地完成了研究內容，為發展清潔高效燃氣輪機氣冷透平的最佳化方法和體系打下紮實基礎。提出的曲率及壓力梯度氣膜冷卻有效度修正方法預測精度高，適用性好，穩定性好，套用簡便，在透平氣膜冷卻初步設計中有較大的實際使用價值；掌握的透平冷卻摻混特性及氣冷透平氣熱耦合特性及均勻化方法，可用於指導透平冷卻設計；發展的三維氣冷透平的高精度各向異性數值模型，在不增加計算量的前提下提高了數值預測精度，在透平冷卻設計中有重要的實用價值。
