本文關(guān)鍵詞：對(duì)轉(zhuǎn)渦輪盤腔內(nèi)的流動(dòng)和換熱特性研究

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【摘要】：對(duì)轉(zhuǎn)渦輪是高壓級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子和低壓級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子反向旋轉(zhuǎn)的渦輪結(jié)構(gòu)。在航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中采用對(duì)轉(zhuǎn)渦輪結(jié)構(gòu),一方面可以使飛機(jī)做機(jī)動(dòng)飛行時(shí)作用于轉(zhuǎn)子上的陀螺力矩得到很大程度上的抵消,進(jìn)而減小傳到飛機(jī)機(jī)身上的力矩；另一方面,相對(duì)于常規(guī)渦輪,對(duì)轉(zhuǎn)渦輪的低壓導(dǎo)葉折轉(zhuǎn)角和稠度減小,因而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)整體的氣動(dòng)效率。對(duì)轉(zhuǎn)渦輪已成為高性能燃?xì)鉁u輪技術(shù)發(fā)展的前沿研究方向之一。與傳統(tǒng)同向旋轉(zhuǎn)渦輪結(jié)構(gòu)相比,對(duì)轉(zhuǎn)渦輪盤間形成的對(duì)轉(zhuǎn)盤腔是一種新型的旋轉(zhuǎn)盤腔結(jié)構(gòu),相對(duì)旋轉(zhuǎn)所誘導(dǎo)的盤腔內(nèi)部流動(dòng)、換熱特征還有待揭示。本文采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的研究方法,研究了對(duì)轉(zhuǎn)渦輪盤腔內(nèi)各個(gè)參數(shù)變化對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)渦輪盤腔內(nèi)的流動(dòng)和換熱特性的影響。研究結(jié)果為分析發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工作狀態(tài)下的熱端部件工作狀況,監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)性能,保證發(fā)動(dòng)機(jī)可靠安全提供了重要的理論依據(jù)。本文主要內(nèi)容為：(1)設(shè)計(jì)、建設(shè)了對(duì)轉(zhuǎn)渦輪盤腔壁面溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)。(2)實(shí)驗(yàn)研究了中心軸向進(jìn)氣的對(duì)轉(zhuǎn)渦輪盤腔的進(jìn)氣量和轉(zhuǎn)速變化對(duì)下游盤壁面溫度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：進(jìn)氣量越大,下游盤壁面溫度越低,換熱效果越好；下游盤轉(zhuǎn)速越大,下游盤壁面換熱效果越好。(3)建立了描述旋轉(zhuǎn)盤腔內(nèi)流動(dòng)和換熱特性的物理模型和數(shù)學(xué)模型,并與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。比較了不同湍流模型的計(jì)算結(jié)果,選取合適的湍流模型。(4)數(shù)值研究了封閉對(duì)轉(zhuǎn)盤腔內(nèi)流動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)果表明,封閉同速對(duì)轉(zhuǎn)盤腔內(nèi)流動(dòng)結(jié)構(gòu)為Stewartson型流動(dòng)結(jié)構(gòu)。(5)數(shù)值模擬了軸向中心進(jìn)氣的對(duì)轉(zhuǎn)盤腔內(nèi)的流動(dòng)和換熱特點(diǎn),分析了盤腔間隙、進(jìn)氣流量、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速比對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)盤腔內(nèi)的壓力分布、摩擦力矩和對(duì)流換熱效果的影響。研究結(jié)果表明：1)盤腔間隙越大,盤腔中心空氣靜壓越小,盤腔內(nèi)空氣靜壓梯度也越��；兩盤壁面摩擦力矩隨盤腔間隙的變化不明顯,兩盤徑向溫度梯度變化也不明顯。盤腔間隙越大,上游盤壁面平均努賽爾數(shù)越大,而下游盤壁面平均努賽爾數(shù)變化不大。2)進(jìn)氣流量越大,漩渦耗散損失使腔內(nèi)的負(fù)壓越大,兩盤壁面摩擦力矩絕對(duì)值也越大；進(jìn)氣流量越大,壁面徑向溫度梯度減小,兩盤壁面換熱效果都有增強(qiáng),下游盤壁面換熱效果比上游盤壁面換熱效果明顯的多。3)轉(zhuǎn)速增大,盤腔外緣正壓區(qū)增大,且壓力和靜壓梯度越大。轉(zhuǎn)盤壁面摩擦力矩M的絕對(duì)值隨轉(zhuǎn)速增大而增大：上游盤徑向溫度梯度隨轉(zhuǎn)速的變化不明顯；壁面平均努賽爾數(shù)隨轉(zhuǎn)速增大而減��；下游盤徑向溫度梯度隨轉(zhuǎn)速的增大而減小,壁面平均努賽爾數(shù)增大。4)轉(zhuǎn)速比Γ-1時(shí),下游盤轉(zhuǎn)速不變,通過(guò)增大上游盤轉(zhuǎn)速增大轉(zhuǎn)速比絕對(duì)值。結(jié)果是：外緣區(qū)域正壓越大；上游盤壁面摩擦力矩絕對(duì)值隨之增大,而下游盤摩擦力矩不變；壁面徑向溫度梯度變化不明顯；上、下游盤平均努賽爾數(shù)減小。5)-1r0時(shí),上游盤轉(zhuǎn)速不變,通過(guò)增大下游盤轉(zhuǎn)速絕對(duì)值減小轉(zhuǎn)速比絕對(duì)值。結(jié)果是：外緣區(qū)域正壓越大；下游盤壁面摩擦力矩隨之增大,而上游盤壁面摩擦力矩不變；下游盤壁面徑向溫度梯度減小。上、下游盤壁面平均努賽爾數(shù)增大。
【關(guān)鍵詞】：對(duì)轉(zhuǎn)渦輪盤腔 流動(dòng) 換熱 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)民用航空飛行學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V231
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-18
• 第一章 緒論18-31
• 1.1 引言18-22
• 1.2 國(guó)外的研究現(xiàn)狀22-26
• 1.2.1 自由盤22-23
• 1.2.2 轉(zhuǎn)-靜盤腔23-24
• 1.2.3 轉(zhuǎn)-轉(zhuǎn)盤腔24-25
• 1.2.4 帶預(yù)旋進(jìn)氣的盤腔25-26
• 1.2.5 其他盤腔技術(shù)的研究26
• 1.3 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀26-28
• 1.4 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展動(dòng)態(tài)28
• 1.5 本文的研究背景、內(nèi)容及意義28-31
• 1.5.1 研究背景28-29
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容29-30
• 1.5.3 研究意義30-31
• 第二章 對(duì)轉(zhuǎn)渦輪盤腔壁面溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)31-45
• 2.1 引言31
• 2.2 盤腔本體的設(shè)計(jì)31-33
• 2.2.1 簡(jiǎn)化的渦輪盤32
• 2.2.2 加熱電阻絲的選取及安裝32-33
• 2.2.3 圍屏33
• 2.3 測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)33-36
• 2.3.1 測(cè)溫傳感器的選取33
• 2.3.2 無(wú)線溫度采集模塊選取及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證33-35
• 2.3.3 測(cè)溫傳感器的排布及溫度采集模塊的安裝35-36
• 2.4 動(dòng)力系統(tǒng)和輸氣系統(tǒng)的選型36
• 2.4.1 動(dòng)力系統(tǒng)36
• 2.4.2 輸氣系統(tǒng)36
• 2.5 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)36-44
• 2.5.1 軸徑的計(jì)算37-39
• 2.5.2 聯(lián)軸器的選擇39
• 2.5.3 齒輪的設(shè)計(jì)及校核39-41
• 2.5.4 軸承的選型及校核41-43
• 2.5.5 軸的校核43-44
• 2.6 其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備44
• 2.7 本章小結(jié)44-45
• 第三章 數(shù)值計(jì)算方法45-56
• 3.1 引言45
• 3.2 物理模型45-46
• 3.3 控制方程46-47
• 3.4 湍流模型47-48
• 3.5 近壁面處理48-50
• 3.6 方程的求解50
• 3.7 網(wǎng)格劃分50-51
• 3.8 邊界條件51-52
• 3.9 數(shù)值計(jì)算的收斂標(biāo)準(zhǔn)52
• 3.10 數(shù)值計(jì)算方法的驗(yàn)證52-55
• 3.10.1 用于驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算方法的物理模型52
• 3.10.2 計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析52-55
• 3.11 本章小結(jié)55-56
• 第四章 對(duì)轉(zhuǎn)渦輪盤腔壁面換熱實(shí)驗(yàn)研究56-61
• 4.1 引言56
• 4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法56
• 4.3 實(shí)驗(yàn)工況56
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析56-60
• 4.4.1 中心軸向進(jìn)氣流量的變化對(duì)下游盤壁面溫度的影響56-57
• 4.4.2 轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度變化對(duì)下游盤壁面溫度的影響57-58
• 4.4.3 各工況實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的比較58-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第五章 對(duì)轉(zhuǎn)渦輪盤腔內(nèi)流動(dòng)和換熱特性的數(shù)值模擬研究61-94
• 5.1 引言61
• 5.2 封閉對(duì)轉(zhuǎn)盤腔內(nèi)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)特性61-63
• 5.3 盤腔間隙的變化對(duì)軸向射流對(duì)轉(zhuǎn)盤腔內(nèi)流動(dòng)和換熱特性的影響63-70
• 5.3.1 計(jì)算工況及模型說(shuō)明63
• 5.3.2 盤腔間隙的變化對(duì)盤腔內(nèi)的流動(dòng)特性及壓力分布的影響63-66
• 5.3.3 盤腔間隙的變化對(duì)兩盤壁面摩擦力矩的影響66-67
• 5.3.4 盤腔間隙的變化對(duì)兩盤壁面溫度的影響67-68
• 5.3.5 盤腔間隙的變化對(duì)兩盤壁面平均努賽爾數(shù)的影響68-70
• 5.4 中心軸向進(jìn)氣量的變化對(duì)盤腔內(nèi)流動(dòng)和換熱特性的影響70-75
• 5.4.1 計(jì)算工況說(shuō)明70
• 5.4.2 中心軸向進(jìn)氣量的變化對(duì)盤腔內(nèi)流動(dòng)特性及壓力分布的影響70-72
• 5.4.3 中心軸向進(jìn)氣量的變化對(duì)兩盤壁面摩擦力矩的影響72-73
• 5.4.4 中心軸向進(jìn)氣量的變化對(duì)兩盤壁面溫度的影響73-74
• 5.4.5 中心軸向進(jìn)氣量的變化對(duì)兩盤壁面平均努賽爾數(shù)的影響74-75
• 5.5 兩盤轉(zhuǎn)速比的變化對(duì)盤腔內(nèi)流動(dòng)和換熱特性的影響75-92
• 5.5.1 計(jì)算工況說(shuō)明75-76
• 5.5.2 兩盤轉(zhuǎn)速變化對(duì)盤腔內(nèi)流動(dòng)特性及壓力分布的影響76-78
• 5.5.3 兩盤轉(zhuǎn)速比的變化對(duì)盤腔內(nèi)流動(dòng)特性及壓力分布的影響78-81
• 5.5.4 兩盤轉(zhuǎn)速變化對(duì)兩盤壁面摩擦力矩的影響81-82
• 5.5.5 兩盤轉(zhuǎn)速比變化對(duì)兩盤壁面摩擦力矩的影響82-83
• 5.5.6 兩盤轉(zhuǎn)速的變化對(duì)兩盤壁面溫度的影響83-85
• 5.5.7 兩盤轉(zhuǎn)速比變化對(duì)兩盤壁面溫度的影響85-88
• 5.5.8 兩盤轉(zhuǎn)速的變化對(duì)兩盤壁面平均努賽爾數(shù)的影響88-89
• 5.5.9 兩盤轉(zhuǎn)速比的變化對(duì)兩盤壁面平均努賽爾數(shù)的影響89-92
• 5.6 本章小結(jié)92-94
• 第六章 結(jié)論與展望94-96
• 6.1 本文結(jié)論94-95
• 6.2 工作展望95-96
• 參考文獻(xiàn)96-100
• 攻讀碩士期間取得的研究成果100-101
• 致謝101

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本文編號(hào)：750043