【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及冷却设备，更具体的说，它涉及一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法。
技术介绍
1、风力发电、光伏发电等新能源发电方式受当地风力资源、光照资源等影响，具有不稳定、波动大、难预测等特点，对电力网络的稳定性造成了严重的影响。因而需要其他的发电方式与新能源发电相匹配，满足电网调峰要求。而燃气轮机具有结构紧凑、启停时间短等特点，发电方式能很好地满足电网调峰的需求。为充分利用燃料热值，进一步提升燃气轮机发电效率，燃气轮机内压气机压比、透平初温参数逐渐提高，然而，由于刮削涡和压力侧角涡旋转方向相反、形成一个反向涡对，叶尖间隙泄漏流被该反向涡对驱动将会冲击叶尖凹槽的底壁，拉薄叶尖凹槽底壁处的流体边界层，降低了此处的对流换热效率，在叶尖凹槽底壁处形成了高换热系数区，使得动叶叶尖在此高换热系数区易被烧蚀。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，以解决
技术介绍
中提到的技术问题。
3、(二)技术方案
4、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，包括以下步骤：
5、步骤一：根据激光实际加工出的冷却气膜孔形貌，建立具有激光参数相对应的真实冷却气膜孔形貌的平板冷却气膜孔三维模型，使用ug构建涡轮叶片三维物理模型；
6、步骤二：开展涡轮外环所处叶顶间隙部位的三维流固热耦合仿真计算，获得涡轮外环燃气
7、步骤三：确定所述冷却气膜孔的目标综合冷效，根据所述目标综合冷效确定达到该目标综合冷效的吹风比，从而得到总冷却气用量和每个冷却气膜孔的冷却气用量；
8、步骤四：在涡轮外环的前缘周向布置一排前缘冷却气膜孔，并开展三维数值仿真分析，得到所述前缘冷却气膜孔下周向全覆盖的壁面温度冷效云图，根据所述前缘冷却气膜孔下的壁面温度冷效云图中前缘冷却气膜孔不能覆盖的位置设置第一排冷却气膜孔，并开展三维数值仿真分析得到第一排冷却气膜孔下周向全覆盖的壁面温度冷效云图，根据第一排冷却气膜孔下的壁面温度冷效云图中第一排冷却气膜孔下不能覆盖的位置设置第二排冷却气膜孔；
9、步骤五：基于有限元模拟计算结果，得到激光参数与冷却气膜孔冷却效率之间的关系，并对气膜孔冷却效率预测，使用pso优化算法对bp神经网络的权值和阈值进行优化，使用经pso优化后的bp神经网络对气膜冷却效率进行预测。
10、本专利技术进一步设置为，在使用激光加工冷却气模孔后，需要采用高分辨光学显微镜进行气膜冷却孔形貌的入口和出口进行表征测量；所述气膜冷却孔的激光参数包括激光功率、离焦量和进给速率。
11、本专利技术进一步设置为，所述真实冷却气膜孔形貌采用图像测量软件对显微镜图片进行刻度统一，获取该图片的真实尺寸。
12、本专利技术进一步设置为，在开展涡轮外环所处叶顶间隙部位的三维流固热耦合仿真计算时，涡轮外环采用无冷却结构的涡轮外环模型。
13、本专利技术进一步设置为，通过调节冷却气膜孔的参数实现冷却气膜孔的周向全覆盖，所述参数包括于孔径、间距、轴向位置。
14、本专利技术进一步设置为，第一温区为涡轮外环前缘至叶顶前缘之间的涡轮外环壁面区域，第二温区为叶顶前缘至叶顶二分之一处所对应的涡轮外环壁面区域，第三温区为叶顶二分之一处至涡轮外环尾缘之间的涡轮外环壁面区域。
15、本专利技术进一步设置为，所述平板冷却气膜孔三维模型通过三维建模软件进行加载，通过采用样条曲线的命令对冷却气膜孔形貌轮廓进行绘制，其中绘制轮廓包括气膜冷却孔的入口和出口，并通过切除命令进行两轮廓之间的连接，完成平板冷却气膜孔三维模型的建立。
16、本专利技术进一步设置为，若所述平板冷却气膜孔三维模型中的冷却气膜孔的倾角变化造成孔形貌轮廓变化，则建立新基准面，改变冷却气膜孔入口和出口轮廓的草图平面方向绘制；所述平板冷却气膜孔绝热模型是基于平板冷却气膜孔三维模型进行建立的，包括主流腔体和冷流腔体，所述主流腔体和冷流腔体为流体域，描述了主流和冷流的气动特性。
17、本专利技术进一步设置为，所述第一温区内至少包含一排冷却气膜孔，所述第二温区至少包含一排冷却气膜孔。
18、(三)有益效果
19、与现有技术相比，本专利技术提供了一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，具备以下有益效果：
20、本专利技术根据激光实际加工出的冷却气膜孔形貌，建立具有激光参数相对应的真实冷却气膜孔形貌的平板冷却气膜孔三维模型；基于平板冷却气膜孔三维模型进行平板冷却气膜孔绝热模型的建立和有限元模拟计算，得到有限元模拟计算结果；基于有限元模拟计算结果，得到激光参数与冷却气膜孔冷却效率之间的关系，并对气膜孔冷却效率预测；本专利技术通过具有激光参数相对应的真实冷却气膜孔形貌的三维模型和平板冷却气膜孔绝热模型相结合，实现了激光参数和冷却气膜孔冷却效率之间的联系，此外，本专利技术提供的涡轮外环冷却气膜孔布局方法充分考虑了涡轮外环的气动性能和结构特点，采用依次推进、集中力量冷却的设计理念，保证了冷却气膜孔流出的冷气能够实现贴壁效应和叠加效应，可以实现涡轮外环燃气侧壁面高温区全表面冷却，保证了冷却防护需求。
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1.一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：在使用激光加工冷却气模孔后，需要采用高分辨光学显微镜进行气膜冷却孔形貌的入口和出口进行表征测量；所述气膜冷却孔的激光参数包括激光功率、离焦量和进给速率。
3.根据权利要求1所述的一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：所述真实冷却气膜孔形貌采用图像测量软件对显微镜图片进行刻度统一，获取该图片的真实尺寸。
4.根据权利要求3所述的一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：在开展涡轮外环所处叶顶间隙部位的三维流固热耦合仿真计算时，涡轮外环采用无冷却结构的涡轮外环模型。
5.根据权利要求1所述的一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：通过调节冷却气膜孔的参数实现冷却气膜孔的周向全覆盖，所述参数包括于孔径、间距、轴向位置。
6.根据权利要求5所述的一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：第一温区为涡轮外环前缘至叶顶前缘之间的涡
7.根据权利要求5所述的一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：所述平板冷却气膜孔三维模型通过三维建模软件进行加载，通过采用样条曲线的命令对冷却气膜孔形貌轮廓进行绘制，其中绘制轮廓包括气膜冷却孔的入口和出口，并通过切除命令进行两轮廓之间的连接，完成平板冷却气膜孔三维模型的建立。
8.根据权利要求5所述的一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：若所述平板冷却气膜孔三维模型中的冷却气膜孔的倾角变化造成孔形貌轮廓变化，则建立新基准面，改变冷却气膜孔入口和出口轮廓的草图平面方向绘制；所述平板冷却气膜孔绝热模型是基于平板冷却气膜孔三维模型进行建立的，包括主流腔体和冷流腔体，所述主流腔体和冷流腔体为流体域，描述了主流和冷流的气动特性。
9.根据权利要求5所述的一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：所述第一温区内至少包含一排冷却气膜孔，所述第二温区至少包含一排冷却气膜孔。
...【技术特征摘要】
1.一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：在使用激光加工冷却气模孔后，需要采用高分辨光学显微镜进行气膜冷却孔形貌的入口和出口进行表征测量；所述气膜冷却孔的激光参数包括激光功率、离焦量和进给速率。
3.根据权利要求1所述的一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：所述真实冷却气膜孔形貌采用图像测量软件对显微镜图片进行刻度统一，获取该图片的真实尺寸。
4.根据权利要求3所述的一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：在开展涡轮外环所处叶顶间隙部位的三维流固热耦合仿真计算时，涡轮外环采用无冷却结构的涡轮外环模型。
5.根据权利要求1所述的一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：通过调节冷却气膜孔的参数实现冷却气膜孔的周向全覆盖，所述参数包括于孔径、间距、轴向位置。
6.根据权利要求5所述的一种提升透平动叶叶尖冷却效率的气膜冷却方法，其特征是：第一温区为涡轮外环前缘至叶顶前缘之间的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊衡，沙东东，林嘉仪，邓思易，李永元，
申请(专利权)人：陈俊衡，
类型：发明
国别省市：
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