氦气与空气平面叶栅相似性的初步研究

摘要

随着社会的发展，能源问题日趋重要，核电的优势越显清晰。在高温堆发展中，气冷堆具有比压水堆安全性能高的优点，又因气冷堆冷却剂工质温度较高，采用闭式气体透平循环代替传统的开式蒸汽透平循环，以氦气作为冷却剂，用其直接驱动氦气透平机组发电，形成直接循环以实现高效率发电，成为了目前国际上高温堆技术发展的热点。 目前所见文献基本是从整机角度谈论氦气透平，以空气透平为母型进行设计或计算。而氦气的基本流动特性和氦气的叶栅特性，却是氦气压气机设计基础。 本文以叶型为NACA 65—(12A10)10的亚音速压气机叶栅作为研究对象。采用商用CFD软件Fluent进行数值模拟计算。 本文首先对数值计算软件进行了验证，并针对计算结果比较了相同流动条件下氦气及空气叶栅特性的相同和不同点。并根据氦气及空气叶栅特性的分析结果，针对空气和氦气两种不同工质在压气机平面叶栅中的流动，推出了相似律。通过相似性分析及CFD软件计算，验证空气叶型在氦气压气机设计中的可用性，以及在氦气压气机设计中对已有的空气平面叶栅吹风试验结果的应用的实际操作性。 结果表明，在氦气透平设计中采取空气叶型，并利用相似律应用空气平面叶栅的试验数据进行氦气叶栅的选择和设计是可行及经济的。然而，在将来进一步的理论和数值研究中，实验研究，特别是氦气叶栅的实验研究是必不可少的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的目的和意义

1.2研究背景

1.3国内外相关研究概况

1.3.1国内外氦气透平相关研究状况

1.3.2国内外叶栅相关研究状况

1.4本文主要研究工作

第2章控制方程及湍流模型

2.1控制方程及离散

2.1.1质量守恒方程

2.1.2动量守恒方程

2.1.3能量守恒方程

2.1.4基本方程的离散

2.2湍流模型

2.2.1湍流平均运动方程

2.2.2 Spalart-Allmaras模型(S-A模型)

2.2.3两方程模型

2.2.4雷诺应力模型(Reynolds应力模型)

2.2.5壁面函数模型(W-k-eps模型)

2.2.6湍流模型对网格的要求

2.3 SIMPLEC算法

2.4本章小结

第3章实验与模拟结果对比

3.1平面叶栅吹风实验的意义

3.2风洞实验装置

3.2.1实验台结构

3.2.2实验装置

3.3数值模拟与实验结果对比

3.3.1数值模拟结果

3.3.2理论分析

3.4相同条件下氦气和空气的对比

3.4.1扩张喷管分离流

3.4.2圆柱绕流

3.4.3平面叶栅绕流

3.5本章小结

第4章相似条件下的数值模拟对比

4.1相似理论

4.2相似方法

4.2.1微分方程分析法

4.2.2因次分析法

4.2.3物理法则法

4.3相似条件下数值模拟结果的对比

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢