微型燃气轮机原表面回热器应力有限元分析

摘要

本文通过建立微型燃气轮机CW( Cross Wavy)原表面回热器热-结构耦合有限元分析模型,对其在设计工况下运行后的应力进行了有限元分析,验证了回热器所选材料的可靠性,并分析了压比和燃气入口温度对回热器的应力影响.分析结果表明:不考虑热应力,只计及压力时,回热器燃气出口侧最大应力和应变高于燃气进口侧最大应力和应变；与之相反,计及热应力时,在压力和温度耦合作用下,回热器燃气进口侧最大应力和应变高于燃气出口侧最大应力和应变；无论是计及热应力还是不考虑热应力,空气通道的波谷处应力最大,并且应力沿波谷处左右对称分布,计及热应力后,其最大应力增长较大,对应各处增幅最高达到34.1％；回热器空气通道向燃气通道侧变形,空气通道变大,燃气通道减小；随着空气侧和燃气侧压比的增加,回热器通道的最大应力也随之增加,当压比增加到8.4时,已达到换热片材料的强度极限；当燃气与空气出口温度不变、回热度减小时,随着燃气入口温度增加,最大应力随之增加,燃气入口温度每增加50 K,回热器最大应力增加约2.3 MPa.研究结果为回热器的设计提供了一定的参考依据.