转-静盘预旋系统特征参数变化影响的研究

摘要

航空发动机中,预旋冷却技术能够有效提高冷气对涡轮高温部件的冷却效率,从而保证发动机的可靠性,并延长其使用寿命。然而由于实际发动机涡轮盘腔结构的复杂性,通过对规则盘腔结构研究所得到的结论具有一定的局限性,因此,对复杂结构预旋进气盘腔的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。
　　 本文根据预旋冷却的研究背景和现状,对接近实际结构的、带有三种出气方式的复杂涡轮转.静盘腔预旋系统进行了系统的研究。首先利用FLUENT软件,研究了特征参数变化对预旋盘腔系统流量分配比例、预旋温降和总压系数的影响。特征参数主要包括盘问距、预旋角度、旋转雷诺数、无量纲冷气流量、进气总温等。并根据实验室的现有条件,初步设计了复杂盘腔预旋系统的试验系统,为后续试验研究做准备。
　　 数值模拟研究结果表明:1)盘间距对流量分配比例的影响很小；2)预旋角度对流量分配比例的影响较小；3)旋转雷诺数对流量分配的影响较大；4)几何尺寸的改变对流量分配的影响较大；5)当旋转雷诺数增大时,无量纲总温差和总压系数逐渐减小；6)随着进气总温的增加,无量纲总温差和总压系数都逐渐增大；7)随着质量流量的增加,无量纲总温差逐渐减小,总压系数逐渐增大；8)随着盘间距增大,无量纲总温差和总压系数都是先减小后增大；9)随着预旋角度增大,无量纲总温差逐渐减小,总压系数逐渐增大。
　　 本文的研究成果为实际预旋进气涡轮盘腔结构的设计提供了理论指导依据。

目录

文摘

英文文摘

图表目录

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外的相关研究及其进展

1.2.1 国外的相关研究及其进展

1.2.2 国内的相关研究及其进展

1.3 本文的研究意义和主要工作

第二章 湍流模型与计算方法

2.1 控制方程

2.2 湍流模型

2.2.1 标准k-ε湍流模型

2.2.2 RNG k-ε湍流模型

2.2.3 Realizable k-ε湍流模型

2.3 近壁处理

2.4 方程求解

2.4.1 控制方程的离散

2.4.2 SIMPLE算法

2.4.3 控制方程的解法

2.4.4 残差及欠松弛因子

2.5 参数无量纲化

2.5.1 结构参数无量纲化

2.5.2 流动参数无量纲化

第三章 转-静盘腔预旋系统的数值模拟

3.1 计算模型一

3.1.1 模型说明

3.1.2 网格划分

3.1.3 边界条件

3.1.4 计算工况

3.1.5 计算结果及分析(各参数对气流总温差和总压系数的影响)

3.1.6 小结

3.2 计算模型二

3.2.1 模型说明

3.2.2 网格划分

3.2.3 边界条件

3.2.4 计算工况

3.2.5 计算结果及分析

3.2.6 小结

3.3 转-静盘预旋系统的简单评价

3.3.1 评价参数的确定

3.3.2 本计算模型的评价

3.4 小结

3.4.1 各参数对流量的影响

3.4.2 各参数对无量纲总温差和总压损失的影响

第四章 非规则转-静盘腔预旋试验系统设计

4.1 试验系统介绍

4.2 试验部件设计

4.3 参数测量

4.3.1 温度测量系统

4.3.2 压力测量系统

4.3.3 流量测量系统

4.3.4 转速测量系统

4.4 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 进一步研究工作的展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录