渦輪導(dǎo)向葉片長期工作于高溫、高壓的惡劣環(huán)境,受氣動載荷和熱沖擊載荷的相互作用。研究發(fā)動機渦輪導(dǎo)向葉片在飛機起飛過程中的溫度場及應(yīng)力場變化的數(shù)值模擬技術(shù),對其熱疲勞分析及壽命預(yù)測具有重大意義。首先,基于亥姆霍茲自由能理論,對一維無限大平板熱沖擊問題進行解析解求解,并分別對考慮熱彈耦合效應(yīng)和不考慮熱彈耦合效應(yīng)的熱沖擊過程進行數(shù)值模擬和對比分析。結(jié)果表明:考慮熱彈耦合效應(yīng)的數(shù)值計算結(jié)果更趨近于解析解,溫度誤差降低5%-50%。并對不同換熱系數(shù)及溫差下平板熱沖擊過程數(shù)值模擬和對比分析,對考慮熱彈耦合數(shù)值計算方法進行適用性研究。結(jié)果表明:對流換熱系數(shù)增大時,溫度誤差先變小后增大,應(yīng)力誤差減小。伴隨著外界環(huán)境與平板的溫差越大,考慮熱彈耦合效應(yīng)的數(shù)值模擬計算結(jié)果誤差越小,優(yōu)勢越明顯。在此基礎(chǔ)上,建立了考慮熱彈耦合效應(yīng)的渦輪導(dǎo)向葉片數(shù)值計算方法,并與單向耦合結(jié)果進行對比。結(jié)果表明:在發(fā)動機啟動過程中,葉片前緣與尾緣溫度上升速度最快,尾緣應(yīng)力集中較為嚴(yán)重;與單項耦合結(jié)果的對比可知,在考慮了熱彈耦合效應(yīng)后,葉片溫度上升速度降低,葉片應(yīng)力峰值后移,考慮熱彈耦合效應(yīng)的溫度計算結(jié)果更接近于實驗值。最后,利用建立...

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究進展
        1.2.1 熱沖擊研究現(xiàn)狀
        1.2.2 熱彈耦合研究現(xiàn)狀
        1.2.3 流固耦合研究現(xiàn)狀
        1.2.4 流/固/熱耦合研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要工作
第2章 熱沖擊流/固/熱耦合計算的理論與模型
    2.1 計算結(jié)構(gòu)力學(xué)理論與模型
        2.1.1 本構(gòu)方程
        2.1.2 熱彈性運動方程
        2.1.3 熱傳導(dǎo)方程
    2.2 計算流體力學(xué)理論與模型
        2.2.1 質(zhì)量守恒方程
        2.2.2 動量守恒方程
        2.2.3 湍流模型
        2.2.4 能量方程
    2.3 渦輪導(dǎo)向葉片熱沖擊分析流程
    2.4 本章小結(jié)
第3章 一維無限大平板熱沖擊數(shù)值研究
    3.1 熱彈性力學(xué)基本理論
    3.2 解析解推導(dǎo)
    3.3 一維平板熱沖擊模擬及誤差分析
        3.3.1 平板建模
        3.3.2 材料參數(shù)與邊界條件
    3.4 不同邊界條件下的誤差分析
        3.4.1 不同換熱系數(shù)下溫度誤差分析
        3.4.2 不同換熱系數(shù)下應(yīng)力誤差分析
        3.4.3 不同溫差下溫度誤差分析
        3.4.4 不同溫差下應(yīng)力誤差分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 考慮熱彈耦合效應(yīng)的渦輪導(dǎo)向葉片三維耦合計算及分析
    4.1 幾何建模及邊界條件
        4.1.1 幾何建模
        4.1.2 邊界條件
    4.2 網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格無關(guān)性驗證
        4.2.1 網(wǎng)格劃分
        4.2.2 網(wǎng)格無關(guān)性驗證
    4.3 流場分析
    4.4 熱彈性耦合效應(yīng)對葉片數(shù)值計算結(jié)果的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 不同條件下渦輪導(dǎo)向葉片熱沖擊數(shù)值模擬
    5.1 不同壓差下葉片熱沖擊模擬
        5.1.1 不同壓差下葉片溫度變化
        5.1.2 不同壓差下葉片熱應(yīng)力分析
    5.2 不同溫差下葉片熱沖擊模擬
        5.2.1 不同溫差下葉片溫度變化
        5.2.2 不同溫差下葉片熱應(yīng)力分析
    5.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
致謝
攻讀碩士期間發(fā)表（含錄用）的學(xué)術(shù)論文



本文編號：3776105