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燃气轮机气膜冷却孔的数值模拟及优化设计研究的开题报告

一、研究背景和意义

燃气轮机作为现代化工业、交通运输和发电等领域中重要的动力装置，而其高温工作环境的存在限制了其效率和寿命。为了保证燃气轮机的长期稳定运行，提高其效率和寿命，需要对其进行优化设计和改进。气膜冷却技术是一种有效的改进燃气轮机性能的方法，具有成本低、性能稳定、维护方便和寿命长等优点。

本文研究的焦点是燃气轮机气膜冷却孔的数值模拟及优化设计，主要目的是提高燃气轮机的冷却效率和稳定性，降低其运行成本，推进燃气轮机技术创新和发展。

二、研究内容和方法

本文研究内容主要包括以下几个方面：

1.燃气轮机气膜冷却孔的数值模拟建模。通过建立燃气轮机组件内部的3D模型，按照流动方向划分气膜冷却孔，建立数学模型，运用计算流体力学方法进行数值模拟和计算，得出气膜冷却孔的温度、压力等参数。

2.燃气轮机气膜冷却孔参数优化设计。结合实际工程应用要求，对气膜冷却孔的孔径、间距、形状等参数进行优化设计，从而达到最佳的冷却效果和稳定性。

3.气膜冷却孔优化设计的验证和评估。通过实验室试验和现场验证，对气膜冷却孔的优化设计进行验证和评估，得出结论和总结并提出改进建议。

本文研究方法采用数值模拟和实验验证相结合的方式，运用ANSYSFluent和实验室测试设备进行研究和分析。

三、研究预期结果和意义

通过本文的研究，可以得到燃气轮机气膜冷却孔的数值模拟和优化设计方法，并进行验证和评价。预期可以得到以下结果：

1.燃气轮机气膜冷却孔的数值模拟分析，解决了实验室实验不能完全还原燃气轮机工作条件的问题，提高了研究效率和准确性。

2.优化设计出更加合理的气膜冷却孔形状、孔径和间距等参数，提高了气膜冷却孔的冷却效率和稳定性。

3.燃气轮机气膜冷却孔的优化设计和实现，将为燃气轮机性能和寿命的提高、成本和排放的降低等方面带来实际意义。

四、研究进度计划

本文的研究进度计划如下：

1.1-2周：文献调研和研究背景评估

2.3-6周：燃气轮机气膜冷却孔的数值模拟建模和参数设置

3.7-10周：燃气轮机气膜冷却孔数值模拟分析和结果解释

4.11-14周：气膜冷却孔优化设计方案设计和参数设置

5.15-18周：燃气轮机气膜冷却孔优化设计方案验证和评估

6.19-20周：论文写作和修改

七、参考文献

[1]CaiF,LeeIB,ZengT,etal.Numericalstudyoncoolingeffectivenessofgasturbinebladewithdifferentgeometriesofcoolingholes[J].AppliedThermalEngineering,2017,123:861-876.

[2]GaoG,ZhangJ,WangH,etal.Experimentalandnumericalinvestigationsonfilm-coolingperformanceforgasturbinebladeswithslot-shapedholes[J].AppliedThermalEngineering,2016,104:314-328.

[3]MaoR,HuangJ,LiuY,etal.Bionic-hole-design-basednumericaloptimizationforfilmcooling[J].ProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,PartG:JournalofAerospaceEngineering,2019,233(8):2923-2933.