01-12版立题论证书-燃气轮机进气导流罩结冰过程数值模拟研究-曲永磊

燃气轮机进气防冰系统的应用及分析作者：翟洪柱蔡东升来源：《科技资讯》2021年第26期摘要：为了避免燃气轮机进气过滤系统在湿度较高温度较低的环境下发生结霜结冰所引起的影响燃机稳定安全稳定运行等问题，根据进气滤芯的结冰情况、环境的恶劣程度以及机组运行状态，全面地分析总结了燃机防冰激活条件。

基于所分析的激活条件，设计了防冰执行机构的动作逻辑以及防冰控制阀开度控制器。

根据防冰过程中机组可能面临的风险，阐述了报警及卸负载停机的保护条件。

以某品牌大功率燃气轮机作为研究对象，进行了相关的性能测试。

实践表明，所设计的防冰系统能够稳定高效地运行，可以有效地避免进气过滤系统发生的结冰结霜现象的产生。

关键词：燃气轮机高湿低温进气过滤防冰系统中图分类号：TK473 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）09（b）-0057-05Application and Analysis of Gas Turbine Inlet Anti-icing SystemZHAI Hongzhu CAI Dongsheng（Tianjin Branch of CNOOC（china） co.， Ltd.， Tianjin， 300459 China）Abstract： In order to avoid the problems caused by frost and icing of the gas turbine inlet filtration system in the environment of high humidity and low temperature， which will affect the stability， safety and stable operation of gas turbine， based on the severity of environment at low temperature and unit operation condition， the activation conditions of anti-icing is comprehensively analyzed and summarized. Based on the analyzed conditions， the anti-icing actuator operation logic and anti-icing valve opening position controller are designed. According to the risk that the unit may face in the process of anti-icing， the protection conditions of alarming and stopping load unloading are expounded. Taking high power gas turbine as the research object， the relevant performance test is carried out. The results show that the anti-icing system can operate stably and efficiently， and avoid the occurrence of freezing and blocking of the inlet filter element.Key Words： Gas turbine; High humidity and low temperature; Air intake; Anti-icing system目前，燃气轮机广泛地应用于航空、航海、电力、石油化工等各个领域[1]。

1.5级涡轮轮缘密封燃气入侵特性的数值研究程舒娴;李军【摘要】通过雷诺应力湍流模型(SST)求解三维URANS(unsteady Reynods-averaged Navier-Stokes)方程组,研究了1.5级涡轮双重径向轮缘密封的非定常封严特性,采用附加变量法研究了主流入侵程度,数值模拟获得的动叶前、后腔时均预旋比和静压系数与实验数据吻合,验证了1.5级涡轮动静交界面设置和数值方法的有效性,并在此基础上研究了变工况对动叶下游压力分布与后腔封严效率的影响规律.结果表明:后腔轮缘密封的封严效率高于前腔;后腔上游主流周向压差的开方与主流流量系数成正比;冷气量不变时,随着主流流量的增大,后腔的封严效率逐渐降低至0.4后变化趋缓.%Characteristics of hot gas ingestion through turbine rim seals in a 1.5-stage turbine are numerically investigated with the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) equations and the SST turbulence model.The additional passive tracer is used to simulate the distribution of mainstream ingestion and the case mixed with sealing flow.The numerical results of the distributions of pre-swirl ratio and pressure in the front and aft wheel-spaces agree well with experimental results,so the relative position of domain interface and the effectiveness of the unsteady numerical calculation of the 1.5-stage turbine rim seal are verified.The unsteady pressure distribution and seal efficiency in the aft wheel-space under off-design conditions are analyzed,and the results show that:1) The seal efficiency in the aft wheel-space is higher than that in the front wheel-space;2) Extraction of square root of the mainstream circumferential differential pressure at upstream of the aft wheel-space isproportional to mainstream flow coefficient;and 3) With the increase in the main flow rate,the seal efficiency of the rear cavity is gradually reduced to 0.4,and then the change is slowed down at the same cooling flow rate.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2018(052)005【总页数】10页(P12-20,115)【关键词】涡轮;轮缘密封;燃气入侵;封严效率;数值模拟【作者】程舒娴;李军【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;先进航空发动机协同创新中心,100191,北京【正文语种】中文【中图分类】TK474.7涡轮的冷却气体通过涡轮叶栅主流通道与轮盘间的轮缘密封阻止高温燃气入侵盘腔,防止由轮盘过热而引起的安全问题,但是过多的冷却气体进入主流与主流掺混将降低涡轮级的效率。

船用燃气轮机进气部件结冰规律研究
任永鹏;万雷;王萌;王忠义;曲永磊
【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》
【年(卷),期】2023(44)2
【摘要】结冰会改变船用燃气轮机进气部件的气动特性,影响压气机工作效率。

本文对船用燃气轮机进口导叶及导流罩进行二维结冰计算,以BP神经网络为基础,对船用燃气轮机进口导流罩的结冰临界温度进行预测。

结果表明:结冰参数会影响部件表面冰形和结冰种类,从而影响部件的气动特性;特定条件下,当环境温度高于冰点时,进气部件表面也会发生结冰现象;明冰不仅会影响进气部件的气动特性,还存在冰层脱落的危险;结合BP神经网络可以形成一套具有适用范围的船用燃气轮机进口导流罩结冰临界温度预测代码。

【总页数】9页(P235-243)
【作者】任永鹏;万雷;王萌;王忠义;曲永磊
【作者单位】哈尔滨工程大学动力与能源工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U664.131
【相关文献】
1.船用燃气轮机进气过滤系统的计算流体力学(CFD)研究
2.输气站燃气轮机进气系统结冰结霜分析与改进
3.气垫船用燃气轮机进气系统数值模拟和模型试验研究
4.
船用燃气轮机进气系统气动性能数值模拟5.某重型燃气轮机燃烧室进气速度变化对燃烧流动特性影响规律的数值研究
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收稿日期：2023-03-02基金项目：航空动力基础研究项目资助作者简介：苏龙伟（1998），男，硕士。

引用格式：苏龙伟，申世才，田晓平，等.航空发动机冰晶结冰研究进展[J].航空发动机，2023，49（5）：89-99.SU Longwei ，SHEN Shicai ，TIAN Xiaop⁃ing ，et al.Research progress on ice crystal icing in aeroengine[J].Aeroengine ，2023，49（5）：89-99.航空发动机冰晶结冰研究进展苏龙伟，申世才，田晓平，吴悠（中国飞行试验研究院，西安710089）摘要：飞机在高空区域巡航时可能遭遇冰晶气象，导致发动机吸入冰晶颗粒发生结冰故障，欧美等国已将冰晶结冰纳入适航取证要求，中国也考虑在后续发动机适航取证中增加冰晶结冰考核项目。

为了准确掌握国内外冰晶结冰研究现状，通过调研文献，对比了冰晶结冰与过冷水滴结冰在结冰位置、结冰条件和结冰机理方面的区别，阐述了试验研究和数值仿真方面的重要进展，其中，试验研究分别介绍了冰晶在静态部件和动态部件内的撞击与结冰过程，数值仿真按照空气流场计算、冰晶运动轨迹和撞击特性计算及结冰计算的顺序，总结了欧拉法与拉格朗日法的区别、冰晶运动相变与黏附过程及结冰热物理模型，并介绍了冰晶结冰软件在数值模拟中的广泛应用，提出了目前在冰晶碰撞、结冰热力学模型、结冰探测及风洞试验等方面需要进一步研究的内容，以期为中国冰晶结冰研究提供参考。

关键词：冰晶结冰；静态部件；运动部件；数值模拟；航空发动机中图分类号：V233.94文献标识码：Adoi ：10.13477/ki.aeroengine.2023.05.012Research Progress on Ice Crystal Icing in AeroengineSU Long-wei ，SHEN Shi-cai ，TIAN Xiao-ping ，WU You （Chinese Flight Test Establishment ，Xi ’an 710089，China ）Abstract ：Aircraft may encounter ice crystal weather when cruising at high altitude,which may lead to the ingestion of ice crystal par⁃ticles and cause engine icing failure.Ice crystal icing has been incorporated into the requirements of airworthiness certification in Europe and the United States,and China is also considering adding ice crystal icing in the subsequent engine airworthiness certification.In order to accurately grasp the current research status of ice crystal icing at home and abroad,through literature research,the comparison between ice crystal icing and supercooled droplet icing was conducted in terms of icing location,icing conditions,and icing mechanisms.The important progress in experiment and simulation is expounded.In terms of experimental research,the impact and icing processes of ice crystals in static and moving components are introduced.In terms of numerical simulation,according to the order of airflow field calculation,ice crys⁃tal trajectory and impact characteristics calculation,and icing calculation,the differences between Eulerian and Lagrangian methods,as well as the ice crystal motion phase change,adhesion processes,and icing thermodynamic models are summarized.The widespread applica⁃tions of ice crystal icing software are also discussed.Further research is needed in areas such as ice crystal impingement,icing thermody⁃namic models,ice detection,and wind tunnel testing,etc.The findings aim to provide references for ice crystal icing research in China.Key words ：ice crystal icing;stationary components;moving components;numerical simulation;aeroengine航空发动机Aeroengine0引言航空发动机是飞行装置的核心部件，其安全问题对飞行十分重要。

航空发动机进气机匣支板结冰模拟摘要：本文针对典型涡轴发动机进气机匣开展了流动、水撞击及结冰模拟分析，获得了支板流道内的气动参数分布、水滴撞击特性及不同进气条件和结冰大气环境下的结冰情况，分析了不同参数对进气机匣支板结冰量的影响，可为涡轴发动机防冰结构设计及分析提供参考。

关键词：涡轴发动机进气机匣支板结冰模拟结冰云层中存在大量的过冷水滴，当过冷水滴撞击到发动机进口部件上时会导致进口部件的结冰。

进口部件结冰可能导致以下危害：使发动机进口堵塞从而降低发动机空气流量引起发动机功率减小；引起进气流场畸变、进而导致发动机失速或喘振；冰层如果脱落被吸入发动机可能打伤压气机叶片、机匣等，引起发动机的机械损伤。

进气机匣支板是涡轴发动机重要的进口部件，因此很有必要对其开展结冰研究。

长期以来，对结冰的研究主要依赖于试验技术，但近年来随着CFD技术的快速发展，而且数值模拟在经济成本上有巨大优势，数值方法研究及预测结冰问题已逐渐成为结冰研究的重要手段。

国外对飞行器上的结冰现象模拟比较重视，发展了一系列二维及三维的结冰软件，比较成熟的有LEWICE[1]、CANICE[2]及FENSAP等。

国内的许多高校及研究院所在结冰模拟方面做了一定的研究也取得了不少成果[3-5]。

国内外对结冰的数值研究主要集中在飞机机翼及直升机旋翼等部位，对发动机进气部件结冰的研究相对较少。

本文采用FENSAP-ICE软件开展了典型涡轴发动机进气机匣支板结冰模拟分析，获得了不同进气条件及结冰大气环境下的结冰情况，分析了不同参数对进气机匣支板结冰量的影响，可为涡轴发动机防冰结构设计及分析提供参考。

1 数值计算方法1.1 研究对象由于进气机匣支板在周向上分布不均匀，本文采用整周模型计算。

采用ICEM CFD软件进行网格划分，为确保网格质量，流道和支板附近采用O型六面体网格，在近壁面区域进行局部加密并保证正交性。

模型及网格如图1所示。

图1 进气机匣结冰分析模型及网格1.2 边界条件计算边界包含支板、流道上下固体壁面以及空气进、出口边界，为了分析不同进气条件，定义了不同的边界条件。

结冰飞机气动系数和气动导数的估算方法
杜亮;洪冠新
【期刊名称】《航空计算技术》
【年(卷),期】2004(034)003
【摘要】飞机在结冰后气动系数、导数会发生变化,由于多种原因,精确地计算其变化量是很困难的.为定量计算其对飞机性能、品质的影响并有效地控制飞机,本文从工程的需要出发,给出一种估算结冰飞机气动系数、导数的方法,对线性变化的各个气动导数、非线性变化的最大升力系数和阻力系数进行估算.根据估算结果与实验数据的比较表明该方法实用有效,可供飞机结冰问题的研究人员参考
【总页数】4页(P16-19)
【作者】杜亮;洪冠新
【作者单位】北京航空航天大学,航空科学与工程学院,北京,100083;北京航空航天大学,航空科学与工程学院,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】V212.1
【相关文献】
1.基于非定常CFD方法跨声速民用飞机标模俯仰气动导数计算研究 [J], 朱海涛;白文
2.飞机飞行动力学仿真气动导数求解插值算法对比 [J], 张玉镇;张志春;陈蕾;向英杰
3.飞机结冰气动参数综合检测方法研究 [J], 应思斌;葛彤;艾剑良
4.估算飞机气动导数的多维最小二乘方法研究 [J], 彭润艳;王正平
5.飞翼布局横航向气动导数的总体估算方法研究 [J], 谭林林;王正平;刘军
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飞机发动机进气道前缘防冰系统冰风洞试验适航验证技术研究张帆1*发布时间：2023-07-04T12:13:01.485Z 来源：《中国科技人才》2023年8期作者：张帆1*[导读] 飞机配备有发动机进气道前缘防冰系统时，需要开展冰风洞试验以验证在结冰条件下的发动机进气道前缘防冰系统的性能。

本文以某型飞机的发动机进气道前缘防冰系统适航验证试验的实际工况为例，以相关结冰适航文件为基础，结合当前的带有螺旋桨的进气道前缘防冰研究成果，研究并总结了模型简化设计原则、试验点筛选原则、吞冰尺寸获得方式等成果。

构建的发动机进气道前缘防冰系统冰风洞适航验证方法，能够有效的指导同类飞机完成发动机进气道前缘防冰系统的冰风洞适航验证工作，为各型号在结冰条件下开展真实飞行提供良好的基础。

1.中航通飞华南飞机工业有限公司动力部珠海 519000摘要：飞机配备有发动机进气道前缘防冰系统时，需要开展冰风洞试验以验证在结冰条件下的发动机进气道前缘防冰系统的性能。

本文以某型飞机的发动机进气道前缘防冰系统适航验证试验的实际工况为例，以相关结冰适航文件为基础，结合当前的带有螺旋桨的进气道前缘防冰研究成果，研究并总结了模型简化设计原则、试验点筛选原则、吞冰尺寸获得方式等成果。

构建的发动机进气道前缘防冰系统冰风洞适航验证方法，能够有效的指导同类飞机完成发动机进气道前缘防冰系统的冰风洞适航验证工作，为各型号在结冰条件下开展真实飞行提供良好的基础。

关键词：发动机进气道前缘防冰系统；冰风洞试验；吞冰尺寸；模型简化引言飞机在结冰条件下防除冰系统性能失效是影响飞行安全的重要因素之一[1]。

正因如此，世界各国颁发的适航规章均对结冰符合性验证提出了非常严苛的要求，以保证结冰条件下飞行的安全性。

对于无论申请在已知结冰或不申请在已知结冰条件下运行的飞机，均需要开展验证科目之一是冰风洞试验，即在实验室中模拟满足规章要求的结冰环境，进而开展结冰及防除冰相关的各项符合性验证。

燃气轮机进气防霜系统的应用李斌;赵磊;马龙龙;张媛【摘要】我国天然气管道用的PGT25+型燃气轮机存在设计缺陷,冬季运行时易产生结霜问题,因此需研制防霜装置.文章研究了燃气轮机进气系统结霜热力学过程,计算了典型工况下燃气轮机进气系统(过滤器、消音器和进口导叶处)的温降值,分析了压降、相对湿度对结霜过程的影响,介绍了自主研制的抽气式进气加热装置以及其应用于消除燃气轮机进气系统结霜的效果.该装置操作界面友好,抽气量小于2％,功率损失小于7％,应用效果良好.【期刊名称】《石油工程建设》【年(卷),期】2014(040)006【总页数】4页(P41-44)【关键词】燃气轮机;进气系统;结霜;加热装置;研制;温降;相对湿度【作者】李斌;赵磊;马龙龙;张媛【作者单位】中国石油西部管道塔里木输油气分公司,新疆库尔勒841000;中国石油西部管道塔里木输油气分公司,新疆库尔勒841000;中国科学院自动化研究所,北京100190;山西省电力公司,山西太原030001【正文语种】中文在西气东输二线、中亚管道、陕京三线等大型天然气管道中，广泛应用燃气轮机作为压缩机驱动机（主要供应商是GE、RR和Solar），其中PGT25+和RB211两款航改型燃气轮机的功率为30 MW[1]。

这类机组冬季运行时进气系统会发生不同程度的结霜现象，直接增大了燃气轮机进气系统的压力损失，导致机组报警停机，严重时引起压气机喘振，若吸入冰块，甚至会造成压气机叶片断裂。

由于空气在燃气轮机进气系统中流速的急剧增加，部分热能转化为动能，进而导致空气温度降低，当温降达到当地大气发生“凝华结冰”所需要的温降时，就会产生结霜结冰现象。

生产实践证明，燃气轮机生产厂家自带的防霜装置在设计方面存在缺陷，该装置将高温高压空气引到进气消音器前，由于滤芯处于加热部位前面，因而不能完全解决过滤器滤芯表面的防霜问题[2]。

因此本文在深入研究燃气轮机进气系统结霜热力学过程，分析压降和相对湿度等影响因素的基础上，自主设计研制了抽气式进气加热装置，消除了燃气轮机过滤器、消音器和进口导叶处的结霜现象。