多级压气机湿压缩及叶片水蚀研究

论文摘要

燃气轮机具有很多优点,已经在很多领域得到了广泛的应用。但是在进气温度比较高时,燃气轮机暴露出性能下降的不足,降低进气温度有很多方法,其中湿压缩就是一种有效的手段。湿压缩是在压气机入口或级间喷入雾化的冷却液体,喷入的液滴弥散在被压缩的气体中,与气体进行热量和质量的传递,由于液滴蒸发需要从气体中吸收大量的热,所以气体在被压缩的同时温度又降下来,使压缩过程更接近于一个等温过程,这样压气机耗功就低于绝热压缩功,压气机出口气体温度明显低于不喷雾压缩时的温度。冷却液体还可以使燃烧产物中氮氧化物的生成量降低,减少环境污染。本文采用CFD软件模拟水滴在压气机中的湿压缩过程,通过截取压气机前六级叶’片中截面进行二维建模,模型由进口区域、各个叶片流道区域和出口区域组成,流场区域之间采用滑移网格进行数据传递。本文主要进行了如下几个方面的工作：1.分析进口温度对压气机性能的影响。本文模拟了进气温度为300K和310K的两种情况,结果表明在温度升高的情况下,压气机的压比降低,从而影响燃机的功率输出。2.分析湿压缩对压气机性能的影响。本文对比了在进气温度310K时,不喷水和喷水两种情况,喷水条件为水滴直径为101μm,喷水量为气体质量0.4%,结果表明湿压缩时,叶片表面静压降低,温度降低,马赫数分布更均匀和总压比升高等性能参数的变化。3.分析湿压缩对叶片的影响。本文模拟了多种喷水条件的情况,对比不同水滴直径和喷水量的条件下,叶片产生的水蚀程度,分析影响水蚀的相关因素。结果表明进气温度越高,水蚀量变小；喷水量和水滴直径越大,水蚀量也越大；第一级动叶吸力面前缘水蚀量最大。4.对水蚀进行试验分析。试验台模拟了在压气机中含有水滴的气流流过金属叶片的情况,试验需要对试验件进行长时间的冲刷,完成后对试验件的质量进行测量,结果表明水蚀后虽然试验件表面更光滑,质量变化较小,但是需要进一步的研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 湿压缩的概念及特点
• 1.3 水蚀的概念及特点
• 1.4 国外研究现状
• 1.5 国内研究现状
• 1.6 本文的主要研究内容
• 第2章 数学物理模型
• 2.1 引言
• 2.2 控制方程
• 2.3 湍流模型
• 2.3.1 标准k-ε模型
• 2.3.2 增强壁面函数
• 2.4 离散相模型
• 2.4.1 离散相控制方程
• 2.4.2 连续相与离散相的耦合
• 2.5 腐蚀模型
• 2.6 动静叶交接面
• 2.7 叶栅几何结构和边界条件
• 2.8 叶栅网格生成
• 2.9 本章小结
• 第3章 多级压气机湿压缩数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 干压缩流场分析
• 3.3 湿压缩流场分析
• 3.4 叶片水蚀分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 叶片水蚀试验
• 4.1 试验台简介
• 4.2 试验目的
• 4.3 试验设备
• 4.4 试验步骤
• 4.5 试验结果及分析
• 4.6 水蚀的控制对策
• 4.7 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