船用燃气轮机进气部件结冰影响规律研究

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由于气流流速快,通流量大、空气湿度大等因素,船用燃气轮机进气部件在高寒恶劣的海洋环境下易发生结冰现象,进气部件的结冰会导致燃气轮机通流面积减小、压气机进气不均匀度增大,压气机工作效率降低。严重时,进气部件上的冰层脱落会对压气机叶片造成机械损伤,影响燃气轮机的安全运行。为了解燃气轮机进气部件的结冰过程,掌握结冰因素对进气部件结冰的影响规律,预测不同情况下进气部件结冰的临界温度,本文采用数值模拟的方法对船用燃气轮机进气部件的结冰过程进行了相关研究。
  本文主要进行了以下几个方面的工作:
  1.利用时间多步长法对NACA0012翼型进行各环境温度下的二维结冰计算,引入结冰特征量和翼型气动特性参数对计算冰形进行误差分析,为船用燃气轮机进气部件结冰数值模拟提供方法验证。
  2.对某型号船用压气机进口导叶50%叶高处叶型,和带有进气道结构的船用燃气轮机导流罩进行结冰仿真,建立了结冰因素对船用燃气轮机进气部件结冰的影响规律,分析了叶型和导流罩结冰后的流场特性。
  3.结合BP神经网络方法建立了进气参数与结冰温度的数学模型,用于预测进气导流罩的结冰临界温度。
  研究表明:船用燃气轮机进气部件积冰主要集中在部件的滞止区附近。在本文所研究的变量范围内,气流速度、液滴平均容积直径、液态水含量、环境温度以及结冰时间的不同均会对进气部件表面结冰冰形、液滴收集系数产生影响。其中,高于冰点温度时冻结形成的上翘明冰会严重影响叶型出口气流均匀性,增大叶型总压损失。同时,当导流罩表面冰层触及压气机流道时,也会对流道内速度场产生影响。最后,结合BP神经网络可以形成一套具有一定适用范围的船用燃气轮机进口导流罩结冰临界温度初步预测代码。经检验,该代码预测的结冰临界温度值具有一定的可信度。
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