燃烧室火焰筒壁面冷却特性的研究

摘要

燃气轮机作为继蒸汽轮机和内燃机之后的新一代动力装置，在国民经济和国防工业中有着广泛的应用。随着燃气轮机性能的不断提高，压气机增压比和燃烧室的燃烧温度均不断提高，一方面，用于冷却的空气温度随之不断升高，冷却潜力降低；另一方面用于冷却的空气量比例不断减少，燃烧温度远远超过火焰筒壁面材料的耐温程度。因此，为了保证燃烧室的安全稳定运行，就必须开发先进的冷却方式。
　　本文以空气作为冷却工质，设计了多种火焰筒复合冷却结构模型，采用数值模拟和试验研究相结合的方法，分别对其冷却效率和流阻特性进行了研究，分析了不同冷却结构的几何参数和吹风比对冷却效率和流阻特性的影响规律，并将数值模拟结果与实验结果进行对比。通过上述研究，得到如下结论：
　　相同的气膜板热侧壁面位置，各冲击+对流+气膜冷却结构的冷却效率均随着吹风比的增大而增大。当吹风比增加到某一值，冷却效率的增幅较小。实验中，模型的压力损失系数也随着吹风比的增大而增加；
　　气膜孔中心线与主流流动方向的夹角对冷却效率影响不大，各冷却结构的冲击孔流向间距有最佳值；
　　一般情况下，冲击+逆向对流+气膜冷却结构的冷却效率高于冲击+同向对流+气膜冷却结构的冷却效率；
　　数值模拟得到的冷却效率的变化规律与实验得出的变化规律较为吻合。

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注释表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2先进冷却方式

1.3复合冷却国内外研究现状

1.4本文研究内容

第二章 燃烧室火焰筒复合冷却的实验研究

2.1 试验系统

2.2 实验测量系统

2.3数据采集系统

2.4冲击+对流+气膜复合冷却结构的设计方案

2.5实验过程

2.6实验的误差分析

2.7冲击+同向对流+气膜冷却结构的实验结果及分析

2.8冲击+逆向对流+气膜冷却结构实验结果及分析

2.9同向对流冷却结构与逆向对流冷却结构冷却效率的对比

2.10各模型的压力损失系数

2.11 结语

第三章 燃烧室火焰筒复合冷却的数值模拟

3.1数值计算方法

3.2冲击+同向对流+气膜冷却结构几何模型

3.3冲击+同向对流+气膜冷却结构计算网格

3.4冲击+同向对流+气膜冷却结构的边界条件及计算方法

3.5冲击+同向对流+气膜冷却结构的计算结果与分析

3.6冲击+逆向对流+气膜冷却结构模型

3.7冲击+逆向对流+气膜冷却结构计算网格

3.8冲击+逆向对流+气膜冷却结构计算结果分析

3.9同向对流冷却结构与逆向对流冷却结构冷却效率对比

3.10实验与数值模拟结果对比

3.11结论

第四章 总结和展望

4.1研究结论

4.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文