吉林大学学报(工学版) ›› 2014, Vol. 44 ›› Issue (5): 1360-1365.doi: 10.7964/jdxbgxb201405022

• • 上一篇    下一篇

燃气轮机过渡段双腔室模型设计及优化

刘光洁1, 2, 徐涛1, 李俊楼1, 于征磊3, 修航1, 程飞1   

  1. 1.吉林大学 机械科学与工程学院,长春 130022;
    2.长春师范大学 计算机科学与技术学院,长春 130032;
    3.吉林大学 生物与农业工程学院,长春 130022
  • 收稿日期:2013-07-06 出版日期:2014-09-01 发布日期:2014-09-01
  • 通讯作者: 程飞(1979),男,副教授,博士.研究方向:重分析优化.E-mail:chengfei@jlu.edu.cn
  • 作者简介:刘光洁(1970), 女, 博士研究生.研究方向:计算力学.E-mail:zgplliu@sina.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(50975121); 吉林省科技发展计划项目(20126001); 长春市科技支撑计划项目(10KZ03).

Design and optimization of double chamber model of gas turbine transition piece

LIU Guang-jie1,2,XU Tao1,LI Jun-lou1,YU Zheng-lei3,XIU Hang1,CHENG Fei1   

  1. 1.College of Mechanical Science & Engineering, Jilin University, Changchun 130022, China;
    2.College of Computer Science and Technology, Changchun Normal University, Changchun 130032, China;
    3.College of Biological and Agricultural Engineering, Jilin University,Changchun 130022,China
  • Received:2013-07-06 Online:2014-09-01 Published:2014-09-01

RICH HTML

0   

PDF (PC)

540

摘要： 以燃气轮机燃烧室过渡段结构及性能为研究对象,设计了具有三排冲击孔的过渡段简化双腔室模型。采用正交试验设计、响应面近似建模方法分析求解流场及温度场,得到了双腔室模型内壁面加权平均温度及最小压强关于冲击孔角度、风向倾角的响应面模型。最后,采用内点优化算法对响应面模型进行了优化,得到了最优冲击孔角度及风向倾角,研究了最优及初始冲击孔角度、风向倾角对双腔室模型内壁面冷却性能的影响。结果表明:优化方案冷却效率比初始方案提高了7.53%。仿真分析结果对双腔室结构冲击孔角度设计具有很好的参考价值。

关键词: 流体力学, 燃气轮机, 燃烧室结构, 冲击孔角度, 风向倾角

Abstract: The structure and performance of the transition piece of gas combustor were taken as the research objects, and a simplified double chamber model was designed with the distribution of holes in three rows. The response surface model was established by adopting Orthogonal Design of Experiment (ODOE) and approximate modeling method. The flow field and temperature field were solved using this response surface model. The polynomial regression equations were built about the weighted average temperature and the minimum pressure on the inner-wall of the double chamber model regarding the impinging hole angle and the injection orientation. The optimum impinging hole angle and the injection orientation were found using the interior point method to solve the response surface model. The simulation results show that the cooling efficiency the optimum design proposal was 7.53% higher than that of the initial design proposal. The simulation results and the comparative analysis may provide valuable reference for the impinging hole angle design in double chamber model.

Key words: fluid mechanics, gas turbine, strueture of combustion chamber, impinging hole's angle, injection orientation

中图分类号: 

  • O302
[1] 林公舒.现代大功率发电用燃气轮机[M]. 北京:机械工业出版社,2007.
[2] 张靖周,李永康,谭晓茗,等. 阵列射流冲击冷却局部对流换热特性的数值计算与实验研究[J]. 航空学报,2004,25(4):339-342.Zhang Jing-zhou,Li Yong-kang,Tan Xiao-ming,et al.Numerical computation and experimental investigation on local convective heat transfer characteristics for jet array impingement[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica,2004,25(4):339-342.
[3] Tong Albert Y. On the impingement heat transfer of an oblique free surface plane jet[J].International Journal of Heat and Mass Transfer, 2003, 46:2077-2085.
[4] 郁新华,全栋梁,刘松龄,等. 冲击双层壁内通道表面换热系数的研究[J]. 推进技术, 2004, 25(1):36-38.Yu Xin-hua,Quan Dong-liang,Liu Song-ling,et al. Investigation of the internal heat transfer characteristics of double impingement plates[J].Journal of Propulsion Technology,2004, 25(1):36-38.
[5] Lee K D, Kim K Y. Shape optimization of a laidback fan-shaped film-cooling hole to enhance cooling performance[C]∥Proceedings of ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea and Air. Glasgow. UK: ASME, 2010.
[6] 俞松林.气流冲角及孔型对燃气轮机静叶前缘气膜冷却特性影响[D]. 上海:上海交通大学机械与动力工程学院,2011.Yu Song-lin.Investigation of the effects of incidence angle and film hole shape on gas turbine vane leading edge film cooling[D].Shanghai:School of Mechanical Engineering,Shanghai Jiaotong University,2011.
[7] 徐涛, 葛长江, 左文杰, 等. 基于非正交同位网格下求解N-S方程的快速算法[J]. 吉林大学学报:工学版,2009, 39(6):1521-1526.Xu Tao, Ge Chang-jiang, Zuo Wen-jie, et al. Fast algorithm for solving N-S equation based on non-orthogonal collocated grids[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2009, 39(6): 1521-1526.
[8] 徐涛,于征磊,张炜,等. 燃气轮机燃烧室过渡段冷却结构尺寸优化设计[J]. 吉林大学学报:工学版,2012,42(4): 863-866.Xu Tao, Yu Zheng-lei, Zhang Wei, et al. Size optimization design of cooling structure in transition piece of gas turbine combustor[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2012, 42(4): 863-866.
[9] Han B, Goldstein R J. Jet impinging heat transfer in gas turbine systems[J]. Annals of the New York Academy of Sciences, 2001, 934: 147-161.
[10] 任露泉. 试验优化设计与分析[M]. 北京:高等教育出版社,2003.
[1] 孙正, 黄钰期, 俞小莉. 径向滑动轴承润滑油膜流动-传热过程仿真[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 744-751.
[2] 韦甘, 杨志刚, 李启良. 基于分步遗传算法的车身气动优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2014, 44(6): 1578-1582.
[3] 刘树成, 潘鑫, 魏巍, 闫清东, 赖宇阳. 基于复杂性测度的变矩器流场仿真湍流模型稳健性分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 613-618.
[4] 张阔, 谭庆昌, 王顺, 王聪慧, 边丽娟. 粗糙软接触润滑的摩擦因数[J]. 吉林大学学报(工学版), 2012, 42(增刊1): 86-90.
[5] 张英朝, 韦甘, 张喆. 不同尾翼两厢轿车的气动特性数值模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2011, 41(01): 1-0005.
[6] 张英朝, 张喆, 李杰. 基于计算流体力学的虚拟风洞试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2010, 40(增刊): 90-0094.
[7] 张英朝,李杰,张喆,胡兴军. 汽车风洞试验段尺寸参数对试验的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2010, 40(02): 346-0350.
[8] 张英朝,张喆,李杰,韦甘,罗双虎. 基于空气动力学数值模拟的汽车造型设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2009, 39(增刊2): 260-0263.
[9] 孙斌,刘天栋,周云龙. 小波包主成分分析在气液两相流流型识别中的应用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2009, 39(06): 1532-1537.
[10] 徐涛,葛长江,左文杰,吉野陈萌,徐天爽. 基于非正交同位网格下求解N-S方程的快速算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2009, 39(06): 1521-1526.
[11] 刘春宝, 马文星, 许睿. 液力变矩器轴向力的CFD计算与分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2009, 39(05): 1181-1185.
[12] 徐涛，葛长江，邹鹏，徐天爽，左文杰 . 基于SIMPLER与PISO的流场改进算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2009, 39(03): 668-0672.
[13] 刘春宝,马文星，褚亚旭 . 多流动区域耦合算法在液力元件中的应用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(06): 1342-1347.
[14] 张君媛，兰海涛，杨秀坤，李红建，唐洪斌 . 汽车正面气囊充气过程仿真技术[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(06): 1262-1266.
[15] 周云龙;陈晓波;邓冬;孙斌;洪文鹏 . 火电厂输灰管路浆体水击瞬变过程数值计算与分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(03): 652-0658.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 初亮, 孙成伟, 郭建华, 赵迪, 李文惠. 基于轮缸压力的制动能量回收评价方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 349 -354 .
[2] 李静, 丁明慧, 李立刚, 陈立军. 基于活塞形状的空气弹簧动特性分析与参数优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 355 -363 .
[3] 史文库, 刘国政, 宋海生, 陈志勇, 张宝. 纯电动客车振动噪声特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 373 -379 .
[4] 秦大同, 林毓培, 胡建军, 郭子涵. 基于无级变速器速比控制的插电式混合动力汽车再生制动控制策略[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 380 -386 .
[5] 刘雪娟, 袁家斌, 许娟, 段博佳. 量子k-means算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 539 -544 .
[6] 常成,宋传学,张雅歌,邵玉龙,周放. 双馈电机驱动电动汽车变频器容量最小化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1629 -1635 .
[7] 何仁,杨柳,胡东海. 冷藏运输车太阳能辅助供电制冷系统设计及分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1645 -1652 .
[8] 那景新,慕文龙,范以撒,谭伟,杨佳宙. 车身钢-铝粘接接头湿热老化性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1653 -1660 .
[9] 陈永恒,刘芳宏,曹宁博. 信控交叉口行人与提前右转机动车冲突影响因素[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1669 -1676 .
[10] 关庆丰,张福涛,彭韬,吕鹏,李姚君,许亮,丁佐军. 含硼、钴9%Cr耐热钢的热变形行为[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1799 -1805 .
版权所有 © 《吉林大学学报(工学版)》编辑部
地址：长春市人民大街5988号　电话：+86-431-85095297　传真：+86-431-85094074　E-mail: xbgxb@jlu.edu.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发