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內容簡介

《燃氣輪機渦輪冷卻葉片設計及優化》圍繞燃氣輪機渦輪冷卻葉片設計流程、涉及學科和多場耦閤服役特點，係統總結瞭渦輪冷卻葉片設計及優化方麵取得的理論和應用成果。內容涵蓋渦輪葉片冷卻技術發展、冷卻方案設計、結構設計、多場耦閤分析以及多學科優化等，旨在為工程實踐提供先進的設計理論、方法以及應用技術參考。

目錄

目錄
前言
第1章 燃氣輪機渦輪葉片冷卻技術概述 1
1.1 燃氣輪機分類及結構組成 1
1.2 渦輪葉片的冷卻需求 3
1.2.1 渦輪進口溫度的發展趨勢 4
1.2.2 高溫材料的發展 6
1.2.3 渦輪進口溫度與材料耐受溫度對比 9
1.3 渦輪葉片冷卻技術 10
1.3.1 簡單對流換熱冷卻技術 13
1.3.2 肋化通道強化對流換熱技術 14
1.3.3 擾流柱強化對流換熱技術 15
1.3.4 射流衝擊冷卻技術 16
1.3.5 氣膜冷卻技術 16
1.3.6 組閤及新型冷卻技術 17
1.4 冷卻技術在渦輪葉片上的應用 18
1.4.1 前緣 19
1.4.2 葉中 19
1.4.3 尾緣 21
1.4.4 葉根 22
1.4.5 葉頂 23
1.5 本章小結 24
參考文獻 24
第2章 肋化通道、擾流柱、射流衝擊冷卻技術的研究現狀 26
2.1 肋化通道（粗糙肋）強化對流換熱技術的研究現狀 26
2.1.1 肋片幾何形狀 26
2.1.2 肋片幾何參數的影響 28
2.1.3 肋片排列方式的影響 29
2.1.4 雷諾數、轉速等的影響 30
2.2 擾流柱強化對流換熱技術的研究現狀 31
2.2.1 擾流柱截麵形狀 32
2.2.2 擾流柱幾何參數的影響 33
2.2.3 擾流柱排布方式的影響 34
2.2.4 轉速的影響 35
2.2.5 圓形、橢圓形、水滴形擾流柱矩形通道的對流換熱特性分析 35
2.2.6 間距、迎角、長短軸比等對橢圓形擾流柱矩形通道對流換熱特性的影響 39
2.2.7 擾流柱梯形通道的對流換熱特性分析 42
2.3 射流衝擊冷卻技術研究現狀 45
2.3.1 射流闆與靶闆間距的影響 47
2.3.2 橫嚮流的影響 47
2.3.3 射流孔結構尺寸的影響 47
2.3.4 射流孔排布方式的影響 48
2.4 本章小結 48
參考文獻 49
第3章 氣膜、層闆、葉頂冷卻技術的研究現狀 53
3.1 氣膜冷卻技術的研究現狀 53
3.1.1 氣膜孔孔型的研究現狀 54
3.1.2 平闆氣膜冷卻的研究現狀 57
3.1.3 前緣氣膜冷卻的研究現狀 59
3.1.4 葉身氣膜冷卻的研究現狀 62
3.1.5 不同復閤角下前緣氣膜冷卻模型的對流換熱特性研究 62
3.2 層闆冷卻技術的研究現狀 67
3.2.1 層闆幾何參數的研究現狀 67
3.2.2 排布方式的研究現狀 69
3.3 葉頂冷卻技術的研究現狀 71
3.3.1 葉頂防泄漏結構形式 72
3.3.2 葉頂氣膜冷卻 74
3.3.3 葉尖間隙的影響 76
3.3.4 轉速和雷諾數的影響 77
3.4 本章小結 77
參考文獻 77
第4章 基於管網計算的渦輪葉片冷卻方案設計 81
4.1 管網計算方法 82
4.1.1 管網節流單元及基本假設 82
4.1.2 管網計算控製方程 83
4.1.3 管網計算的求解 85
4.1.4 不同冷卻結構流阻和換熱計算 86
4.2 管網計算方法的驗證 88
4.2.1 Y模型的對比分析驗證 88
4.2.2 渦輪冷卻葉片的分析驗證 91
4.3 基於管網計算的渦輪冷卻葉片方案設計方法 94
4.3.1 葉片冷氣用量預估 94
4.3.2 葉身冷氣流道設計 94
4.3.3 冷卻特徵設計 96
4.3.4 設計方案的驗證 96
4.3.5 基於管網模型的渦輪葉片冷卻方案優化設計 97
4.4 本章小結 98
參考文獻 98
第5章 渦輪冷卻葉片參數化設計 99
5.1 渦輪冷卻葉片的參數化設計方法 99
5.2 渦輪冷卻葉片葉型設計 103
5.2.1 基於麯率優化的14參數平麵葉柵設計方法 103
5.2.2 葉身積疊成型 110
5.3 渦輪葉片冷卻結構設計 111
5.3.1 壁厚設計 111
5.3.2 內腔型麵設計 113
5.3.3 冷氣通道（通道肋）設計 115
5.3.4 局部冷卻特徵設計 116
5.3.5 尾緣齣氣結構設計 117
5.4 渦輪冷卻葉片榫頭/緣闆/伸根段設計 117
5.4.1 榫頭設計 117
5.4.2 緣闆設計 125
5.4.3 伸根段設計 126
5.5 渦輪冷卻葉片葉頂結構設計 126
5.6 渦輪冷卻葉片實體生成 127
5.7 本章小結 128
參考文獻 129
第6章 多場耦閤服役環境下渦輪冷卻葉片性能分析 130
6.1 渦輪冷卻葉片流-熱-固耦閤分析 130
6.1.1 渦輪冷卻葉片流-熱耦閤分析 130
6.1.2 溫度、氣壓耦閤信息傳遞 134
6.1.3 結構強度分析 135
6.2 渦輪冷卻葉片壽命分析 138
6.2.1 渦輪冷卻葉片失效形式 139
6.2.2 渦輪冷卻葉片壽命分析流程 140
6.2.3 渦輪冷卻葉片壽命預測方法 141
6.2.4 渦輪冷卻葉片壽命預測 146
6.3 本章小結 150
參考文獻 151
第7章 渦輪冷卻葉片多學科設計優化 152
7.1 渦輪冷卻葉片多學科設計優化特點及流程 152
7.1.1 渦輪冷卻葉片多學科設計優化問題的分析 152
7.1.2 渦輪冷卻葉片多學科設計要求和設計準則 153
7.1.3 渦輪冷卻葉片多學科設計優化流程 154
7.2 渦輪冷卻葉片優化數學模型 158
7.2.1 設計變量 158
7.2.2 優化目標 159
7.2.3 約束條件 159
7.2.4 優化數學模型 159
7.3 DOE分析 160
7.4 近似代理模型 161
7.5 優化設計結果及分析 164
7.6 本章小結 169
參考文獻 170
第8章 基於可靠性的渦輪冷卻葉片多學科設計優化 171
8.1 渦輪冷卻葉片多學科可靠性設計優化流程 171
8.2 基於可靠性的渦輪冷卻葉片多學科設計優化數學模型 173
8.2.1 設計變量 173
8.2.2 隨機變量 173
8.2.3 優化目標 174
8.2.4 約束條件 174
8.2.5 優化數學模型 174
8.3 渦輪冷卻葉片隨機因素統計規律 175
8.3.1 壁厚、通道肋厚度分散性數據統計 175
8.3.2 材料性能分散性數據統計 176
8.3.3 轉速分散性數據統計 177
8.4 服役環境下渦輪冷卻葉片可靠性分析 178
8.5 基於可靠性的渦輪冷卻葉片多學科設計優化及分析 180
8.6 本章小結 181
參考文獻 181
第9章 網格參數化方法在渦輪冷卻葉片中的應用 183
9.1 網格變形方法基本理論及其應用 184
9.1.1 自由網格變形的基本理論及其應用 184
9.1.2 邊界網格變形方法及其應用 187
9.2 渦輪冷卻葉片分析網格的參數化 192
9.2.1 三維流場分析網格的參數化 192
9.2.2 渦輪實心葉片結構分析網格的參數化 194
9.2.3 渦輪葉片流場分析網格和結構分析網格的協調變形 195
9.2.4 渦輪葉片冷卻結構分析網格的參數化 196
9.3 變形後的網格光順 197
9.4 基於網格參數化方法的渦輪冷卻葉片多學科設計優化 198
9.5 本章小結 200
參考文獻 200
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