本文關(guān)鍵詞：壓氣機旋轉(zhuǎn)盤腔流動與換熱性能研究

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【摘要】：壓氣機旋轉(zhuǎn)盤腔是航空發(fā)動機中冷卻空氣所經(jīng)流路的主要部分,具有典型的氣動、傳熱、強度等多學科耦合特征,對壓氣機部件及航空發(fā)動機整機的性能和穩(wěn)定運行具有重要影響和作用。壓氣機旋轉(zhuǎn)盤腔內(nèi)流動與換熱性能的準確預測是實現(xiàn)航空發(fā)動機高可靠性設(shè)計的關(guān)鍵。本論文將針對這一問題,基于單腔/多腔模型,深入探討盤腔內(nèi)中心區(qū)/近壁區(qū)渦系結(jié)構(gòu)及壁面換熱性能分布趨勢,并進一步研究不同盤腔結(jié)構(gòu)內(nèi)流動與換熱性能;針對起飛/巡航與怠速工況,通過對無量綱特征參數(shù)的分類分析,研究其流動與換熱性能的變化規(guī)律;結(jié)合盤腔簡單流固共軛傳熱模擬,提煉不同工況對葉片葉頂間隙影響規(guī)律。本文主要進行了以下研究內(nèi)容:首先,針對簡化的單腔和雙腔模型進行了流固共軛傳熱數(shù)值模擬,利用已有的實驗數(shù)據(jù)進行算例校核,并在此基礎(chǔ)上研究了軸向雷諾數(shù)和旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)對盤腔流動和換熱的影響。研究表明,隨著旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)的提升,兩盤腔內(nèi)的流動結(jié)構(gòu)趨于復雜,渦系增多且混亂,換熱性能也明顯增強。而軸向雷諾數(shù)的變化對盤腔內(nèi)的流動結(jié)構(gòu)影響不明顯,但換熱性能對此變化卻較為敏感。其次,研究了多盤腔流動和換熱,對真實壓氣機盤腔分別開展了起飛、怠速、巡航三種工況的流動和換熱研究,研究表明:不同工況下,盤腔內(nèi)的流動和換熱性能存在很大的差異。具體表現(xiàn)在,隨著工況的變化,盤腔流動的渦系結(jié)構(gòu)、流體域溫度分布及固體壁面溫度分布都存在明顯的變化。最后,在真實壓氣機盤腔固體域模型上研究了盤腔的熱變形,分別針對起飛、怠速、巡航三種工況開展了熱變形和溫度分布規(guī)律探索,研究表明在最大轉(zhuǎn)速下,盤腔熱變形量變化幅值最大,且周向存在明顯不均性,而隨著轉(zhuǎn)速的降低,這一趨勢明顯減小,低至怠速工況時,盤腔熱變形對葉頂間隙的影響可以不考慮。
【關(guān)鍵詞】：流動與換熱性能 旋轉(zhuǎn)盤腔 壓氣機 航空發(fā)動機
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V231
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題研究的背景及意義10-12
• 1.2 壓氣機盤腔流動和換熱國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3 本課題主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 數(shù)值模擬方法19-23
• 2.1 前言19
• 2.2 計算軟件19-20
• 2.3 數(shù)值方法20-22
• 2.3.1 控制方程20-21
• 2.3.2 湍流模型21
• 2.3.3 近壁面處理方法21-22
• 2.3.4 計算方法及網(wǎng)格劃分22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第3章 簡化旋轉(zhuǎn)盤腔流固共軛傳熱模擬模型研究23-43
• 3.1 引言23
• 3.2 數(shù)值方法23
• 3.3 單盤腔流固共軛傳熱模擬研究23-29
• 3.3.1 旋轉(zhuǎn)盤腔介紹23-24
• 3.3.2 數(shù)值方法校核24-27
• 3.3.3 氣動性能分析27-29
• 3.4 雙盤腔流固共軛傳熱研究29-41
• 3.4.1 實驗數(shù)據(jù)校核30-33
• 3.4.2 旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)對換熱與流動性能影響分析33-37
• 3.4.3 軸向雷諾數(shù)對換熱與流動性能影響分析37-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第4章 多盤腔氣動與傳熱性能研究43-59
• 4.1 引言43
• 4.2 多盤腔流固共軛傳熱研究43-50
• 4.2.1 計算工況及條件說明43-44
• 4.2.2 氣動性能分析44-50
• 4.3 真實盤腔流固共軛傳熱分析研究50-57
• 4.3.1 計算工況及條件說明51
• 4.3.2 不同工況下壓氣機盤腔氣熱流動特性51-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第5章 典型飛行工況下葉尖間隙變化規(guī)律研究與分析59-67
• 5.1 引言59-61
• 5.2 不同工況下高壓壓氣機盤熱變形對間隙影響61-66
• 5.2.1 起飛工況下高壓壓氣機盤溫度分布及變形61-62
• 5.2.2 巡航工況下高壓壓氣機盤溫度分布及變形62-64
• 5.2.3 怠速工況下高壓壓氣機盤溫度分布及變形64-66
• 5.3 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-69
• 參考文獻69-73
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文與研究成果清單73-74
• 致謝74

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本文編號：647210