共轭传热分析,内部冷却燃气轮机翼型

Kirankumar K.M¹Basawaraj博士²

PG学生,机械工程系,EPCET,班加罗尔,印度卡纳塔克邦
机械工程系教授,EPCET,卡纳塔克邦,印度班加罗尔

文摘

当前论文中描述这个手稿是为了填补需要燃气轮机产业系统的验证计算方法为共轭传热问题给最佳冷却通道被指派者和渠道定位在燃气轮机叶片翼型获得面糊冷却速率。因为大自然的涡轮的冷却翼型被认为是必要包括全面的数值研究在内部冷却肋通道和传热研究推理通道。在这部分CFD和共轭传热方案比较反对措施表面压力和传热在C3X涡轮叶片上的形象。共轭数值方法用来预测三维的金属温度气体涡轮叶片在现实的操作条件。数值结果与实验结果相比,在文学方面的压力分布在叶片墙。目前的研究包括共轭传热方法应用程序从问题的内冷燃气轮机机翼在现实操作条件与mark ii 12.1使用它。网格是由HM,设计环境;关注高质量的网格生成。最后CFD结果与实验测试casesavailable文学。

关键字

共轭传热,CFD Aero-Thermal,燃气轮机。

我的介绍。

评估生活和提高涡轮叶片的热设计在各个领域扮演重要的角色在燃气涡轮发动机利用。叶片设计热设计的分析与理解叶片周围的复杂的速度和热边界层高度准确地预测叶片表面热负荷产生的热气流在叶片至关重要预测叶片内的相应的热应力。在一些工业应用成为必要陪计算流体的流动和传热关联与相邻的热传导和固体。这两个模型的耦合传热已被确认叫“共轭传热”,在相关文献。典型的应用程序在共轭传热效果可以成为重要的涡轮叶片的冷却。

共轭传热方法允许同时解决外部方法允许同时解决外部流动,内部对流和传导的金属刀片。本技术领域的根本目的是获得最高的整体冷却效果和尽可能低的处罚热力循环性能。汉等[3]执行两个和三维径向冷却气体涡轮叶片共轭分析:他们唯一的热边界条件对表面是HTC的内部冷却剂流动通道。操作包括运动新的地点,改变大小,数字或间距的变化,加法和减法的组件。

二世。模型公式

外侧共轭传热分析只是担心叶片的几何形状,冷却holedimension,进口和出口的燃烧气体,冷却空气的入口条件和物质财产从现有模型mark ii叶片。模型在CATIA,啮合hypermesh和分析在它完成。

机翼模型:几何图形可以创建自顶向下或自底向上。自顶向下指的是一种方法,计算域上执行逻辑运算是由原始形状如圆柱体、砖块和球体。自底向上指的是一种方法,其中一分之一创建顶点(点),连接这些形成边缘(行),连接边创建的脸,结合创建卷的面孔。可以创建几何图形预处理程序使用相同的软件,用于创建网格,或使用其他程序创建(如CAD、CATIA)。几何图形文件导入到hypermesh创建计算域。提取的流体域的mark ii vaneHylton等[5]。如图1所示

啮合:multi-topology,非结构化网格可能包含hexahedra,四面体,金字塔,三角柱细胞在三维(3 d)空间。3 d hexahedra细胞会在直角边见面,和完美的2 d细胞是等边三角形全等内角60 o。此外,细胞的长宽比和大小或密度可能会影响电网的整体质量。采取额外的照顾,确保高沿固体边界网格质量和密度。层间隔太近hexahedra或棱镜细胞放在墙上,以确保完整的湍流边界层解决,包括狭窄的粘性子层。

三世。计算流体动力学分析

边界条件的定义和其他参数,初始条件,在它开始模拟之前,网必须检查和必要时扩展和修改。物理模型必须解决。这包括压缩系数的选择、粘度、传热考虑,层流或湍流,稳定或与时间有关的流。边界条件必须明确的,因为他们指定的信息流动的状态决定的区域:墙壁、对称性、进气空气,空气出口,等等。

边界条件:

四个模型被认为是在这项研究中。边界条件都相同的模型和分析完成。网状模型的细节如表1中给出。解决问题的过程,它是通过变量的迭代,直到收敛。首先,流的变量必须初始化和设置计算从用户指定的某一部分。在这个阶段流的方程是解决。压力正在不断更新的值,并通过迭代修正。收敛检查,直到达到标准和用户设置的值。

RNG湍流模型用于计算的结果在这个工作。是下面使用的控制方程

速度矢量、路径。多变量,可以分析:速度、压力、湍流、部队、密度Post处理或计算的分析结果。有很多选择:轮廓、x - y图等等。

收敛标准:

重复迭代过程,直到从一个迭代到另一个变量的变化非常小,可以考虑融合的解决方案。

在收敛

所有离散守恒方程(动量、能量等)都遵守所有细胞到指定的公差。

额外的迭代解不再变化。

质量、动量、能量和标量余额。

与希尔顿的数据预测展览关闭协议等。[5],验证模型的气动部分。

四、结果与讨论

四个模型之间的比较没有显著改变马赫数这意味着不会有摩擦损失相比基本模型。

图6温度分布常数的金属叶片所有三个概念由坐标。能够确定热点和较高的热梯度区域内的翼是一个伟大的好处共轭传热方法作为一种设计工具。

诉的结论

不锈钢涡轮叶片在near-engine条件和亚音速流动通过使用3 d仿真测试。

预测中跨叶片外表面温度分布与实验数据合理的协议

到处都是金属温度更接近的温度通过freestream冷却液温度。

最伟大的热阻叶片被发现是由于内部对流。因此,降低内部对流的阻力增加冷却通道的传热系数将导致一个相当大的减少整个叶片的金属温度。

结果表明decreasein温度10%从概念1 2概念和它增加概念3。因此,概念为共轭传热2被认为是最佳的。

这是通过操纵中冷却孔的位置的叶片导致提高涡轮效率。

引用

科恩,H。,Rogers, G.F.C., Saravanamuttoo, H. I. H., Gas Turbine Theory, Longman Publications, 1996.
Lakshminarayana B。,Fluid Dynamics and Heat Transfer of Turbomachinery, John Wiley and Sons Inc., New York, 1996.
汉族,j . C。,Dutta, S., and Ekkad, S. V., Gas Turbine Heat Transfer and Cooling Technology, Taylor and Francis.
邓恩,m·G。,Convective Heat Transfer and Aerodynamics in Axial Flow Turbines, ASME Journal of Turbomachinery, 123, pp. 637- 686, 2001.
希尔顿l D。,Mihelc, M. S., Turner, E. R., Nealy, D. A., York, R. E., Analytical and Experimental Evaluation of the Heat Transfer Distribution Over the Surfaces of Turbine Vanes, NASA CR-168015 DDA EDR 11209, 1983.
Rigby D.L. Lepicovsky, J。“共轭传热分析内部冷却配置,“ASME纸2001 - gt - 0405。
里格比D。,Ameri, A., and Steinthorsson, E. “Computation of Turbulent Heat Transfer on the Walls of a 180 Degree Turn Channel With a Low Reynolds Number Reynolds Stress Model,” ASME Paper No. GT-2002-30211.
博翰,D.E.,Bonhoff, B., and Schonenborn, H. “Combined Aerodynamic and Thermal Analysis of a Turbine Nozzle Guide Vane,” Proceedings of the 1995 Yokohama International Gas Turbine Congress, IGTC Paper 95-108
Bohn, D.E. Schonenborn h .“三维耦合的空气动力学和热分析涡轮喷嘴导叶,”美国19 th ICTAM,日本京都。(1996)。
曾庆红小君和Xiongjie清。“共轭涡轮级联”的流动与传热,传热理论分析,实验调查和工业系统。(2001)