重型燃气轮机透平高压叶片热流固耦合及概率寿命研究

摘要

先进高效重型燃气轮机透平高压叶片工作在高温、高压、高转速的严苛环境中，并且燃气轮机运行过程中的参数变化不可避免地对叶片的气动性能和传热效率等产生影响，从而导致寿命偏离设计值。为检验相关因素对叶片寿命的影响，保证叶片的设计寿命在实际运行中不会产生过量变化，需要进行概率分析，从而研究并理解热疲劳寿命的不确定性和概率特性，提高设计稳健性。本文基于三维稳态粘性Navier-Stokes方程，考虑气动与热物理场的耦合，运用共轭计算技术和SST湍流模型建立了具有完整内外冷却结构的某燃气轮机高压透平叶片热流固耦合分析模型、确定性寿命和概率寿命分析模型，获得了叶片温度分布及相应的应变应力场，并以确定性分析结果作为名义场完善了概率模型，获得了叶片的概率寿命，进行了影响叶片寿命因素的敏感性分析。研究结果对理解和掌握先进的燃气轮机透平叶片设计技术具有重要参考意义。