冯国泰
,
顾中华
,
温风波
,
王松涛
,
黄红雁
,
颜培刚
,
王强
,
周驰
,
郭兆元
,
王仲奇
工程热物理学报
由于燃气涡轮机的发展,作为燃气涡轮机最重要的部件气冷涡轮,其负荷与涡轮前温度不断提高,为适应这一发展,气冷涡轮气动设计体系与设计思想均有了新的发展.本文的目的就是从三个方面分析与介绍这一发展内涵.第一部分,重点介绍气冷涡轮气动设计体系的发展、介绍主要程序的特点与分层优化设计过程.第二部分,重点介绍应用平均方程在计算气冷涡轮气动问题时,如何提高计算的可靠性与计算精度.第三部分,重点介绍气冷涡轮三维气动设计思想.
关键词:
气冷涡轮
,
气动设计体系
,
设计思想
卢少鹏
,
迟重然
,
温风波
,
崔涛
,
王松涛
,
冯国泰
,
王仲奇
工程热物理学报
本文为研究气冷涡轮叶片设计特点,搭建一个可以对采用气膜冷却的气冷涡轮叶片进行全三维多学科优化平台.优化平台中采用11参数法对叶片进行造型,针对该造型方法和优化设计的要求对优化变量的选取和优化策略以及优化目标的设定进行了一定的探讨,优化算法采用多目标算法NSGA-Ⅱ.采用该平台对某高压涡轮第一级静叶进行了优化,最终优化结果形成Pareto前沿解集,其气动效率和冷却效果均有所改善.
关键词:
气冷涡轮
,
气膜冷却
,
多目标优化
,
Pareto解集
迟重然
,
温风波
,
王松涛
,
冯国泰
工程热物理学报
涡轮叶片冷却结构设计的方案设计以管网计算为基础.本文简要介绍了管网模型的建立方法、近似和假设、边界条件的给定方式和控制方程的建立.说明了管网求解程序的思路与数值方法,介绍了管网压力平衡计算中对动量方程的线性化处理方法、气膜修正计算方法.以某型燃气涡轮第一级动叶的冷却结构设计为例,介绍了基于管网计算的冷却结构方案设计流程,对4个冷却结构初步设计方案的管网计算结果进行了分析,从中选择相对合理的方案并进行改进、确定了2个备选的叶片冷却结构.
关键词:
燃气涡轮
,
冷却技术
,
管网计算
温风波
,
王松涛
,
冯国泰
,
赵洪雷
,
王仲奇
工程热物理学报
通过将优化理论引申到涡轮气动设计体系中,建立具有自动优化设计能力的燃气涡轮分层次优化设计体系,给出优化设计体系框图和计算系统的基本架构,分析了各层次优化设计解决的问题和解决问题的过程.为了实现三维多级优化,介绍了基于流场分析的局部优化策略和参数组群组合优化.为适应燃气轮机涡轮的气动设计,在这一体系中每一个程序都要考虑冷气掺混.实例表明,该设计体系下的设计过程快速高效.
关键词:
分层次
,
冷气掺混
,
局部优化策略
,
参数群
迟重然
,
温风波
,
王松涛
,
冯国泰
工程热物理学报
三维气热耦合数值模拟是涡轮叶片冷却结构详细设计中应用的热分析方法。三维气热耦合数值模拟的计算域实体模型建立借助于参数化方法，模型包括冷却结构尽可能多的细节、并保证足够高的模型精度。网格生成时，流体域采用结构化网格，并且需要在换热壁面上根据湍流模型的要求进行加密。将管网计算结果与三维数值模拟结果进行对比，发现管网计算的精度有限，而气热耦合计算方法能够捕捉更多流动换热现象，计算结果相对可信。对单个冷却结构方案进行三维数值计算的周期为5—15天，基本满足工程设计要求。
关键词:
燃气涡轮
,
冷却技术
,
气热耦合
王松涛
,
迟重然
,
温风波
,
冯国泰
工程热物理学报
基于冷却结构参数化设计、传统的管网计算方法与新兴的气热耦合数值模拟技术,提出了一套涡轮冷却结构设计方法,并编写了相关的设计程序与计算程序.利用参数化设计方法可以快速而精确地设计冷却结构,管网计算用于指导方案设计,气热耦合数值模拟用于指导详细设计.参数化设计中利用"单元设计法"程序实现动叶冷却通道快速设计;借助管网计算模型自动生成程序与CFD计算域三维实体快速造型方法,可以快速生成管网计算或在较短的时间内完成CFD计算域精确建模,为热分析计算提供条件.
关键词:
燃气涡轮
,
冷却技术
,
参数化
,
气热耦合数值模拟
