本文關(guān)鍵詞：液體火箭發(fā)動機渦輪流固耦合動力學(xué)特性分析

  更多相關(guān)文章： 液體火箭發(fā)動機 渦輪葉片 流固耦合 Bulk-Flow模型 有限差分法SIMPLE算法

【摘要】：渦輪葉片是液體火箭發(fā)動機渦輪泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的重要部件,它與流體之間的流固耦合作用對渦輪泵的性能有很大影響。對相鄰兩片渦輪葉片之間的流體流動進行數(shù)值分析,有助于了解渦輪葉片與流體之間的流固耦合作用,分析結(jié)論可對渦輪葉片的動力學(xué)設(shè)計與改進提供理論參考。本文研究了渦輪葉片與流體之間的流固耦合作用,通過物理建模、理論研究和數(shù)值計算,分析了渦輪葉片間流體的穩(wěn)態(tài)特性。由于渦輪葉片之間流體流動的復(fù)雜性,基于完全Navier-Stokes方程的數(shù)值積分,過程復(fù)雜,計算耗時。本文采用NURBS方法構(gòu)造渦輪葉片的物理模型,基于Bulk-Flow模型,根據(jù)Hirs的紊流整體流動理論和Blasius摩擦系數(shù)方程,建立了相鄰兩片渦輪葉片間流體流動的控制方程。通過對流體穩(wěn)態(tài)特性的無量綱化分析,獲得了無量綱化的零階擾動方程。運用交錯網(wǎng)格和有限差分法獲得了3個有限差分控制方程。利用MATLAB軟件,基于SIMPLE算法編寫控制方程求解的計算程序。通過數(shù)值計算,獲得流體的穩(wěn)態(tài)壓力分布和穩(wěn)態(tài)速度分布。結(jié)果顯示,渦輪葉片葉根處流體壓力最大,周向速度和路徑速度最小;渦輪葉片葉頂處流體壓力最小,周向速度和路徑速度最大;流體壓力沿路徑方向和徑向向外方向逐漸降低;周向速度沿徑向向外方向逐漸增大;路徑速度沿路徑方向逐漸降低,沿徑向向外方向逐漸增大。本文的研究結(jié)論對液體火箭發(fā)動機渦輪葉片的動力學(xué)設(shè)計具有一定的理論指導(dǎo)意義。為了驗證結(jié)果的正確性,文中詳細對比了本文的結(jié)果與商用軟件Fluent的模擬結(jié)果及實驗獲得的結(jié)果之間的差異。結(jié)果顯示,本文基于Bulk-Flow模型的計算方法在求解小間隙的流動問題時能夠簡化流體的控制方程,減少計算量,而沒有降低其準確性,但在求解大間隙的流動問題時結(jié)果與實驗結(jié)果具有明顯的偏差。
【關(guān)鍵詞】：液體火箭發(fā)動機 渦輪葉片 流固耦合 Bulk-Flow模型 有限差分法SIMPLE算法
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V434
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 符號對造表9-11
• 1 緒論11-27
• 1.1 課題的研究背景11-17
• 1.1.1 液體火箭發(fā)動機的研究背景11-14
• 1.1.2 渦輪的研究背景14-17
• 1.2 課題的研究現(xiàn)狀17-26
• 1.2.1 流固耦合研究現(xiàn)狀18-22
• 1.2.2 渦輪葉片內(nèi)部流場的研究22-26
• 1.3 論文各部分的主要內(nèi)容26-27
• 2 渦輪葉片的基本理論和方程分析27-38
• 2.1 渦輪葉片模型建立27-29
• 2.2 Bulk-Flow模型及分析方法29-34
• 2.3 無量綱化的控制方程34-35
• 2.4 無量綱化零階擾動方程35-36
• 2.5 邊界條件36-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 3 數(shù)值分析38-51
• 3.1 SIMPLE算法38-41
• 3.2 交錯網(wǎng)格41-45
• 3.3 控制方程的有限差分化45-49
• 3.3.1 速度修正方程48-49
• 3.3.2 壓力修正方程49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 4 數(shù)值分析結(jié)果及實驗對比51-60
• 4.1 渦輪葉片間流體的穩(wěn)態(tài)速度分布和壓力分布51-54
• 4.2 與Fluent模擬結(jié)果及實驗結(jié)果的比較54-57
• 4.3 局部速度分布和壓力分布對比57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 5 結(jié)論及展望60-61
• 參考文獻61-65
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果65-66
• 致謝66

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張國舟,童曉艷,梁國柱,馬彬,程顯辰;液體火箭發(fā)動機氣動諧振點火技術(shù)的研究[J];宇航學(xué)報;2001年04期

2 段捷;;液體火箭發(fā)動機推力室總承載能力分析[J];火箭推進;2001年02期

3 張蒙正;譚永華;;液體火箭發(fā)動機工作過程研究體系探討[J];火箭推進;2002年03期

4 陳守芳;;液體火箭發(fā)動機喉部堵蓋的一種新方案[J];火箭推進;2002年03期

5 劉洪剛,吳建軍,陳啟智;基于模型知識的液體火箭發(fā)動機故障診斷方法研究[J];宇航學(xué)報;2002年02期

6 程奇峰;馬勝利;向路;于國強;;液體火箭發(fā)動機協(xié)同設(shè)計開發(fā)環(huán)境研究[J];火箭推進;2003年02期

7 吳建軍,魏鵬飛;可重復(fù)使用液體火箭發(fā)動機智能減損控制技術(shù)[J];火箭推進;2005年04期

8 王艷梅;胡小平;李舟軍;;利用關(guān)聯(lián)規(guī)則檢測液體火箭發(fā)動機啟動關(guān)機過程的故障[J];火箭推進;2006年01期

9 楊雪;張振鵬;趙學(xué)軍;楊安元;劉廷;;基于小波理論的液體火箭發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)噪聲處理[J];推進技術(shù);2006年04期

10 寧江凡;鄢小清;張士峰;;液體火箭發(fā)動機無失效條件下的可靠性分析方法[J];國防科技大學(xué)學(xué)報;2006年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李斌潮;李鋒;黃道瓊;;液體火箭發(fā)動機力學(xué)環(huán)境適應(yīng)性研究進展[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

2 鄭大勇;嚴勇;李保盛;;隨機仿真方法在低溫液體火箭發(fā)動機性能可靠性預(yù)估中的應(yīng)用[A];第八屆全國低溫工程大會暨中國航天低溫專業(yè)信息網(wǎng)2007年度學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2007年

3 王s，

本文編號：756811