涡扇发动机风扇及内外涵道匹配的数值分析

摘要

本文用数值模拟的方法对民机风扇/增压级内外涵道的三维稳态流场进行计算分析，得出详细的速度、压力等流动参数的分布，为叶片优化设计以及气动声学评估提供一定的依据。本文数值模拟的对象是某涡轮风扇发动机的风扇/增压级，区域是从风扇进口到增压级出口以及整个外涵道。详细流场数值分析的结果也呈现了各气动参数分布合理，内涵道各级压比分配协调，为该压气机的型号设计提供了定性的判别依据。说明在堵塞状态下，气流容易在压力面产生分离。　 本文对比了近失速工况和设计工况下的流场，在内涵道近失速点，内涵第二级静叶顶部区域吸力面尾缘附近出现回流区，各排叶片进口气流角绝对值减小，即进口正冲角增大，导致吸力面流动不稳定分离现象加剧，是动叶通道内部旋转失速团形成的主要原因。本文对比了轴向进气和非轴向进气时内涵道计算的结果，其中非轴向进气的进口边界条件是根据整体联算的结果中内涵道进口气流参数给定的，分析模拟的结果发现轴向进气和非轴向进气内涵道的性能都达不到设计指标，但非轴向进气的结果更好一些。这说明内涵道进口边界条件对内涵道性能影响很大，由于内涵道进口边界条件很难设定，因此单独进行内涵道的计算是很难真实反映内涵道在整个风扇/增压级中的气动性能的，进行风扇/增压级的整体模拟是必要的。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

§1.1研究背景和意义

§1.2计算流体力学并行技术的发展现状

§1.3内外涵道内部流场数值模拟的发展

§1.3.1叶轮机械数值模拟的发展

§1.3.2涡轮风扇发动机数值模拟

§1.4本文工作的目的、主要内容

第二章风扇/增压级数值模拟问题描述和软硬件资源

§2.1风扇/增压级基本情况

§2.2软/硬支撑

§2.2.1前处理软件GAMBIT

§2.2.2 FLUENT求解器

§2.2.3并行技术和硬件平台

§2.3本文计算进程简介

§2.4本章小结

第三章风扇及内外涵道一体化数值模拟

§3.1数值方法

§3.1.1计算网格

§3.1.2所采用的计算方法

§3.1.3边界条件处理

§3.2数值模拟结果及分析

§3.2.1内外涵道特性线

§3.2.2设计工况下流场分析

§3.3本章小结

第四章风扇/增压级设计工况和非设计工况流场对比分析

§4.1压气机堵塞和旋转失速

§4.2堵塞工况和设计工况流场对比分析

§4.2.1内涵道堵塞工况和设计工况的对比

§4.2.2外涵道堵塞工况和设计工况的对比

§4.3近失速工况和设计工况流场对比分析

§4.3.1内涵道近失速工况和设计工况的对比

§4.3.2外涵道近失速工况和设计工况的对比

§4.4本章小结

第五章基元性能计算分析——内涵道

§5.1内涵道数值模拟算例简介

§5.1.1计算网格

§5.1.2计算方法

§5.1.3边界条件

§5.2数值模拟结果及分析

§5.2.1内涵道增压级特性线

§5.2.2内涵道增压级内部流场分析

§5.3本章小结

附图

第六章结论与展望

§6.1本文总结

§6.2本文创新性

§6.3展望

主要符号说明

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研项目前景

致谢