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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:鄧志宏
研究生(外文):Teng, Chih-Hung
論文名稱:燃氣渦輪機葉片流道之紊流模型分析
論文名稱(外文):Comparison of turbulence models in simulating flow channel of gas turbine blades
指導教授:李賢德李賢德引用關係蔡順峯
指導教授(外文):Lee, Hsien-DerTsai, Shun-Feng
口試委員:林瑞國
口試日期:2016-01-15
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:輪機工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:55
中文關鍵詞:燃氣渦輪機紊流模型ANSYS® Fluent
外文關鍵詞:Gas TurbineTurbulence ModelANSYS® Fluent
相關次數:
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燃氣渦輪機廣泛的運用在飛機推進、陸上電力發電和其他的工業運
用,如火車、輪船、汽車等。為使燃氣渦輪機快速且安全地進展,其
運轉溫度必須增加以改善熱效率及氣渦輪引擎出工。然而,渦輪機葉
片的熱傳遞也會相對地隨著氣機進氣溫度增高而增加。因此,冷卻汽
機葉片使其能耐久且安全運轉是一件重要的工作,而冷卻葉片必須冷
卻暴露於熱燃氣的重要區域,如葉頂穴、燃氣通道、吸力側及壓力側
葉片表面等。
本論文主要研究在利用ANSYS® Fluent 的紊流模型軟體中,幾種
常用且具代表示之模型,模擬計算燃氣渦輪機動靜葉片間之複雜流
現象,其採用通用型氣機動靜葉片之外型尺寸,並以主燃氣進氣溫度
1673◦K,壓力1.5 atm 之條件,進行紊流模型計算,並就個幾個模型計
算之壓力及溫度場之結果,進行歸納、分析及比較,說明各模型之計
算結果。
研究結果顯示,ANSYS® Fluent 紊流模型可區分為穩態及暫態模
型,且各模型在同一葉片外型尺寸計算之結果,雖大略相同,但就細
部之重要區域,如葉片尖端、壓力面、吸力面尾段等,仍可顯現出與
真實運轉狀態下,相近之溫度與壓力場的變化趨勢,可供葉片設計之
參考使用。
Gas Turbines are widely used for airplane propulsion, land-base power generation and other industrial applications, such as trains, marines, cars, etc. To satisfy the fast development of advanced gas turbines, the operating temperature must be increased to improve the thermal efficiency and output work of the gas turbine engine. However, the heat transferred to the turbine blade is substantially increased as the turbine inlet temperature is continuously increased. Thus, it is very important to cool the turbine blades for a long durability and safe operation. Cooling the blade must cool the critical region that exposed to the hot gas, such as blade tip, passage, suction and pressure side
of the blade surface.
This paper use the software of several common and typical model in ANSYS® Fluent turbulence model, simulate and calculate the complex flow phenomena movement between the blade and vane, which take the general size of blade, and the temperature and pressure of inlet gas set 1673◦K and 1.5 atm for conducting the turbulence model. According to the results of the pressure and temperature field calculations, summarize, analyze and compare, description of each the model results.
The results show, ANSYS® Fluent turbulence model can be divided into steady and unsteady models, and each model in the result of the calculation of the same blade geometry, although the same roughly, but on the critical region, such as blade tip, the surface of pressure side , the tail of suction side, etc., and still display a real operation state, show the similar temperature trends and pressure filed that can be referenced for blade design.
口試委員會審定書(i)
致謝(ii)
中文摘要(iii)
Abstract(iv)
目次(v)
圖次(vii)
第一章緒論(1)
1.1 前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 研究動機及目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 文獻回顧. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 論文架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
第二章物理與數學模型. .. . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1 統御方程式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2 紊流模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3 邊界條件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
第三章數值模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.1 有限體積法(Finite Volume Method) . . . . . . . . 23
3.2 網格系統(Grid System) . . . . . . . . . . . . . 24
3.3 二階上風離散法(Second Order Upwind Scheme) . . . 25
3.4 SIMPLER 演算法介紹. . .. . . . . . . . . . . . . . 27
第四章結果與討論. . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . 30
4.1 穩態模型之壓力場模擬結果. . . .. . . . . . . . . . . 30
4.2 穩態模型之溫度場模擬結果. . . . .. . . . . . . . . . 30
4.3 暫態模型之壓力場模擬結果. . . . . .. . . . . . . . . 30
4.4 暫態模型之溫度場模擬結果. . . .. . . . . . . . . . . 31
第五章結論與建議. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.1 結論. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 53
5.2 建議與展望. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
v
參考文獻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
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