旋转盘腔系统流动及密封特性的数值研究

摘要

现代航空发动机中，涡轮盘密封系统的改进对于发动机整体性能的提高具有重要意义。通过实验或数值计算确定阻止主流燃气入侵的最小冷气入流量是改进盘腔密封系统的关键。 本文采用GAMBIT2.10创建计算模型，采用FLUENT6.1.2商业软件对旋转盘腔系统内的轴对称流动和密封特性进行了数值研究，计算域的数值模拟采用分离隐式稳态求解器，湍流模型采用Realizableκ-ε模型，压力速度耦合算法采用SIMPLE算法，各参数的离散采用二阶迎风格式。 本文以转-静盘腔系统和转-转盘腔系统为研究对象，考虑主流燃气对盘腔系统的影响，更加符合实际情况。采用数值模拟方法研究了外流影响下转-静盘腔系统和转-转盘腔系统的流动及密封特性，计算了不同工况下阻止主流燃气入侵盘腔的最小无量纲流量，并与相关实验结果进行比较，数值计算结果与实验结果符合较好。本文还分析了最小无量纲流量的影响因素，提出除了外流状况和转盘转速外，主流与盘腔之间的压差也是影响最小无量纲流量的重要因素，在外流雷诺数和旋转雷诺数相同的工况下，它随压差的增大而增大。此外，还对三种不同型式盘腔系统的最小无量纲流量进行了比较。 通过数值方法计算出外流存在下阻止主流燃气入侵的最小无量纲流量，这对于涡轮盘冷却系统的设计是一个贡献，对于后续的旋转盘腔系统主流入侵问题的实验及数值研究有一定意义。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究进展概述

1.3本文的主要工作及创新点

第二章盘腔内流动控制方程及湍流模型

2.1基本假设和控制方程

2.2相似理论分析

2.3湍流模型

2.4近壁处理

2.5控制方程的离散

2.6边界条件

第三章外流影响下转-静盘腔系统的数值研究

3.1引言

3.2计算模型及网格

3.2.1几何模型

3.2.2网格分布

3.3流动特性计算结果及分析

3.4最小无量纲流量的数值计算

3.4.1 Cw,min的判定方法

3.4.2速度和压力等值线分布图

3.4.3主流与盘腔的压差对Cw,min的影响

3.4.4外流雷诺数和旋转雷诺数对Cw,min的影响

3.4小结

第四章外流影响下同向同速转-转盘腔的数值研究

4.1引言

4.2几何模型及网格分布

4.3流动特性计算结果及分析

4.4最小无量纲流量的数值计算

4.4.1 Cw,min的判定方法

4.4.2速度和压力等值线分布图

4.4.3主流与盘腔的压差对Cw,min的影响

4.4.4外流雷诺数和旋转雷诺数对Cw,min的影响

4.5结论

第五章外流影响下反向同速转-转盘腔的数值研究

5.1引言

5.2计算模型和网格分布

5.3流动特性计算结果及分析

5.4最小无量纲流量的数值计算

5.4.1 Cw,min的判定方法

5.4.2速度和压力等值线分布图

5.4.3主流与盘腔的压差对Cw,min的影响

5.4.4外流雷诺数和旋转雷诺数对Cw,min的影响

5.5不同盘腔系统对Cw,min的影响

5.6小结

第六章结论与建议

6.1本文主要结论

6.2进一步工作建议

参考文献

发表论文

致谢