凹槽深度及吹风比的不确定性对动叶叶顶冷却特性影响研究
发布时间：2021-04-16 00:17
耦合非嵌入式多项式混沌展开、稀疏网格技术和RANS方程求解技术,建立凹槽叶顶气热不确定性量化传播模型。在表征加工误差导致凹槽深度变化的不确定性和运行工况波动导致吹风变化的不确定性的基础上,量化凹槽深度、孔吹风比的不确定性对凹槽状叶顶气膜冷却特性的影响。获得叶顶平均气膜有效度相对于均值变化的概率,揭示凹槽叶顶气热性能对凹槽深度和吹风比的敏感性。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图２模型动叶??Ｆｉｇ．?２?Ｍｏｄｅｌ?ｒｏｔｏｒ??计算边界条件见表ｉ，壁面为光滑无滑移边界
Ａｈｎ［６ｌ对ＧＥ－Ｅ３动叶叶顶模型进行了实验研??究，本课题组在之前的工作［１＜中采用Ａｈｎ的实验??数据已完成了数值方法的验证。本文在此基础之上，??再次验证了湍流模型，分别选取标准ｆｃ－ｅ、标准??ｗ、ＳＳＴ揣流模型，绘制气膜有效度云图及压力系数??分布云图与ＡｈｎＭ的实验结果进行对比。从图３叶??顶气膜有效度分布云图知，数值计算与实验测量存??在一定偏差，但数值模拟可以预测出叶顶气膜有效??度的分布。其中，标准ｆｃ－ｗ湍流模型可更有效地测??出叶顶的气膜有效度分布。而从图４叶顶压力系数??分布云图可知，标准湍流模型和参考文献数值??计算十分吻合。因此本文选定标准湍流模型作??为叶顶气膜冷却数值计算模型。与Ａｈｎ实验测量一??致，本文定义压力系数与气膜有效度如下：??ｒｐ?＝?＾?⑴??式中：巧为进口总压，ｐ为当地压力，ｒ％为主流温??度，ｒａｗ为绝热壁面温度，ｒｃ为冷气进口温度。??０．００?０．０２?０．０５?０．０７?０．０９?０．１２?０．１４?０．１６?０．１８?０．２１?０．２３?０．２５?０．２８?０．３０??（ｅ）?ＳＳＴ??图３叶顶气膜有效度分布云图??Ｆｉｇ．?３?Ｃｏｎｔｏｕｒｓ?ｏｆ?ｆｉｌｍ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ??值得一提的是，采用参考文献中边界条件，标准??ｆｃ－ｗ湍流模型计算的叶顶平均气膜有效度为１．３１６％，??实验测量的叶顶平均气膜有效度为１．２９％，两者相差??较校标准ｆｃ－ｗ湍流模型有效地测出叶顶的气膜有??效度分布，验证了该数值方法的正确性，确保该方??法适用于接下来的不确定性量化工作。??ｐｊｐ?？?｜??１．００?１．０２
１．２３?１．２５??（ａ）参考实验测量?（ｂ）参考数值计算??（ｃ）标准（ｄ）标准女－ｃｕ??（ｅ）?ＳＳＴ??图４叶顶压力系数分布云图??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｎｔｏｕｒｓ?ｏｆ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ??１．４网格无关性验证??本文计算采用结构化网格，利用ＩＣＥＭ进行网??格划分，其中气膜孔采用〇型网格。固体壁面第一??层边界网格厚度为０．００１，保证叶顶区域网格２／＋均??在１附近（叶顶平均２／＋为０．７２，最大ｙ＋为３．７）。动??叶叶顶区域网格如图５所示。为了获得网格无关解，??本文选取了?４套不同的网格数量来验证网格的无关??性。计算表明当网格数大于３９２万时，叶顶平均气??膜有效度基本不再变化，为了能更好地捕捉叶顶间??隙泄漏的流动与传热特征，本文采用了一个较密的??网格节点数（约５７３万）。??（ａ）顶部网格?（ｂ）前缘网格??图５计算网格??Ｆｉｇ．?５?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｇｒｉｄ??２不确定性量化方法??２．１多项式混沌展开??本文采用非嵌入式多项式混沌展开方法（Ｐｏｌｙ？??ｎｏｍｉａｌ?Ｃｈａｏｓ?Ｅｘｐａｎｓｉｏｎｓ，?ＰＣＥ）?开展不确定性量化。??多项式混沌展开将随机输入输出投影到一系列正交??多项式基底上，当模型建立完成，即可通过对多项??
本文编号：3140365
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图２模型动叶??Ｆｉｇ．?２?Ｍｏｄｅｌ?ｒｏｔｏｒ??计算边界条件见表ｉ，壁面为光滑无滑移边界
Ａｈｎ［６ｌ对ＧＥ－Ｅ３动叶叶顶模型进行了实验研??究，本课题组在之前的工作［１＜中采用Ａｈｎ的实验??数据已完成了数值方法的验证。本文在此基础之上，??再次验证了湍流模型，分别选取标准ｆｃ－ｅ、标准??ｗ、ＳＳＴ揣流模型，绘制气膜有效度云图及压力系数??分布云图与ＡｈｎＭ的实验结果进行对比。从图３叶??顶气膜有效度分布云图知，数值计算与实验测量存??在一定偏差，但数值模拟可以预测出叶顶气膜有效??度的分布。其中，标准ｆｃ－ｗ湍流模型可更有效地测??出叶顶的气膜有效度分布。而从图４叶顶压力系数??分布云图可知，标准湍流模型和参考文献数值??计算十分吻合。因此本文选定标准湍流模型作??为叶顶气膜冷却数值计算模型。与Ａｈｎ实验测量一??致，本文定义压力系数与气膜有效度如下：??ｒｐ?＝?＾?⑴??式中：巧为进口总压，ｐ为当地压力，ｒ％为主流温??度，ｒａｗ为绝热壁面温度，ｒｃ为冷气进口温度。??０．００?０．０２?０．０５?０．０７?０．０９?０．１２?０．１４?０．１６?０．１８?０．２１?０．２３?０．２５?０．２８?０．３０??（ｅ）?ＳＳＴ??图３叶顶气膜有效度分布云图??Ｆｉｇ．?３?Ｃｏｎｔｏｕｒｓ?ｏｆ?ｆｉｌｍ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ??值得一提的是，采用参考文献中边界条件，标准??ｆｃ－ｗ湍流模型计算的叶顶平均气膜有效度为１．３１６％，??实验测量的叶顶平均气膜有效度为１．２９％，两者相差??较校标准ｆｃ－ｗ湍流模型有效地测出叶顶的气膜有??效度分布，验证了该数值方法的正确性，确保该方??法适用于接下来的不确定性量化工作。??ｐｊｐ?？?｜??１．００?１．０２
１．２３?１．２５??（ａ）参考实验测量?（ｂ）参考数值计算??（ｃ）标准（ｄ）标准女－ｃｕ??（ｅ）?ＳＳＴ??图４叶顶压力系数分布云图??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｎｔｏｕｒｓ?ｏｆ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ??１．４网格无关性验证??本文计算采用结构化网格，利用ＩＣＥＭ进行网??格划分，其中气膜孔采用〇型网格。固体壁面第一??层边界网格厚度为０．００１，保证叶顶区域网格２／＋均??在１附近（叶顶平均２／＋为０．７２，最大ｙ＋为３．７）。动??叶叶顶区域网格如图５所示。为了获得网格无关解，??本文选取了?４套不同的网格数量来验证网格的无关??性。计算表明当网格数大于３９２万时，叶顶平均气??膜有效度基本不再变化，为了能更好地捕捉叶顶间??隙泄漏的流动与传热特征，本文采用了一个较密的??网格节点数（约５７３万）。??（ａ）顶部网格?（ｂ）前缘网格??图５计算网格??Ｆｉｇ．?５?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｇｒｉｄ??２不确定性量化方法??２．１多项式混沌展开??本文采用非嵌入式多项式混沌展开方法（Ｐｏｌｙ？??ｎｏｍｉａｌ?Ｃｈａｏｓ?Ｅｘｐａｎｓｉｏｎｓ，?ＰＣＥ）?开展不确定性量化。??多项式混沌展开将随机输入输出投影到一系列正交??多项式基底上，当模型建立完成，即可通过对多项??
本文编号：3140365
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3140365.html
