渦輪機(jī)匣作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要承力部件,其不同工作狀態(tài)下的變形量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)安全高效的運(yùn)行具有顯著影響,而變形量與溫度分布密切相關(guān)。本文以某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪機(jī)匣作為研究對(duì)象,分別以數(shù)值模擬和試驗(yàn)的方法對(duì)其流動(dòng)換熱特性進(jìn)行研究,并以數(shù)值模擬結(jié)果為基礎(chǔ),對(duì)機(jī)匣進(jìn)行瞬態(tài)換熱計(jì)算,獲得機(jī)匣溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律。本文首先對(duì)渦輪機(jī)匣進(jìn)行穩(wěn)態(tài)數(shù)值計(jì)算,分析不同工況下機(jī)匣內(nèi)部流動(dòng)換熱特性,研究發(fā)現(xiàn),腔內(nèi)氣流具有復(fù)雜的旋渦結(jié)構(gòu),隨著氣流的流動(dòng),機(jī)匣內(nèi)各腔室存在不同程度的泄漏,使得在流動(dòng)過(guò)程中,冷氣逐漸減小。換熱方面,由于機(jī)匣內(nèi)部射流沖擊結(jié)構(gòu)的存在,使沖擊靶面滯止區(qū)換熱最好,隨著氣流的貼壁流動(dòng),換熱逐漸減弱。機(jī)匣模型溫度最高區(qū)域出現(xiàn)于與高溫燃?xì)庵苯咏佑|的陶瓷涂層壁面上,隨著與陶瓷涂層間距離的增加,溫度逐漸下降。在穩(wěn)態(tài)計(jì)算基礎(chǔ)上,本文對(duì)部分機(jī)匣腔室進(jìn)行了試驗(yàn)研究,使用熱膜法研究其沖擊靶面的換熱特性,試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)試驗(yàn)工況發(fā)生改變時(shí),各腔室沖擊靶面換熱特性分布規(guī)律基本不變,且隨著沖擊雷諾數(shù)的增加,靶面換熱效果更加顯著。本文最后對(duì)機(jī)匣分別進(jìn)行二維和三維瞬態(tài)計(jì)算,分析機(jī)匣溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律,計(jì)算發(fā)現(xiàn),機(jī)匣溫度變化規(guī)律與載荷變化規(guī)律基本一致,當(dāng)載荷短時(shí)間內(nèi)保持不變時(shí),機(jī)匣溫度隨時(shí)間逐漸變化至穩(wěn)定狀態(tài),溫度變化速率逐漸降低。與載荷增加階段相比,載荷減小階段模型響應(yīng)時(shí)間更大,機(jī)匣更難冷卻。兩種計(jì)算方法所得溫度變化規(guī)律基本一樣,當(dāng)機(jī)匣達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí),三維計(jì)算結(jié)果比二維計(jì)算結(jié)果略高,誤差在可接受范圍內(nèi)。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V231.1
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 射流沖擊冷卻
        1.2.2 機(jī)匣內(nèi)部射流沖擊冷卻
        1.2.3 瞬態(tài)計(jì)算
    1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容
第二章 機(jī)匣流動(dòng)換熱特性的穩(wěn)態(tài)數(shù)值計(jì)算
    2.1 模型介紹
        2.1.1 物理模型
        2.1.2 機(jī)匣流路介紹
    2.2 計(jì)算模型
    2.3 湍流模型及其驗(yàn)證
        2.3.1 控制方程
        2.3.2 湍流模型
        2.3.3 模型驗(yàn)證
    2.4 計(jì)算網(wǎng)格與獨(dú)立性驗(yàn)證
    2.5 求解器及邊界條件設(shè)定
    2.6 參數(shù)定義
        2.6.1 進(jìn)口沖擊雷諾數(shù)
        2.6.2 表面局部對(duì)流換熱系數(shù)
        2.6.3 表面局部努塞爾數(shù)
        2.6.4 平均努塞爾數(shù)
        2.6.5 平均對(duì)流換熱系數(shù)
第三章 機(jī)匣穩(wěn)態(tài)數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析
    3.1 流動(dòng)特性分析
        3.1.1 軸向流場(chǎng)
        3.1.2 周向流場(chǎng)
        3.1.3 不同工況對(duì)流動(dòng)的影響
    3.2 換熱特性分析
        3.2.1 流路1 換熱特性
        3.2.2 流路2 換熱特性
        3.2.3 不同工況對(duì)換熱的影響
    3.3 小結(jié)
第四章 機(jī)匣表面換熱特性試驗(yàn)研究
    4.1 試驗(yàn)系統(tǒng)
        4.1.1 氣源
        4.1.2 加熱系統(tǒng)
        4.1.3 測(cè)量系統(tǒng)
    4.2 試驗(yàn)件與試驗(yàn)段
        4.2.1 試驗(yàn)件
        4.2.2 試驗(yàn)段
    4.3 靶板熱電偶測(cè)點(diǎn)分布
    4.4 試驗(yàn)參數(shù)定義
    4.5 試驗(yàn)工況
    4.6 試驗(yàn)結(jié)果分析
        4.6.1 腔 1
        4.6.2 腔 2
        4.6.3 腔 3
    4.7 誤差分析
    4.8 小結(jié)
第五章 渦輪機(jī)匣的瞬態(tài)換熱分析
    5.1 載荷譜
    5.2 瞬態(tài)參數(shù)定義
    5.3 機(jī)匣二維瞬態(tài)計(jì)算
        5.3.1 二維瞬態(tài)計(jì)算模型
        5.3.2 二維瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果分析
    5.4 機(jī)匣三維瞬態(tài)計(jì)算
        5.4.1 三維瞬態(tài)計(jì)算模型
        5.4.2 網(wǎng)格劃分與湍流模型
        5.4.3 三維瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果分析
    5.5 瞬態(tài)計(jì)算方法對(duì)比
    5.6 小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文

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