涡轮端壁处颗粒物沉积的数值研究

发布时间：2020-10-30 23:46

　　 航空燃气涡轮发动机工作中,从外界大气进入的颗粒以及燃油中的颗粒物在没有得到充分燃烧后,形成的熔融颗粒可能会沉积在涡轮叶片以及端壁表面,从而增大涡轮内流动表面的粗造度,增加气流分流现象,而且沉积在表面的颗粒也会影响涡轮中冷却,这样不仅会影响气膜冷却效率,沉积达到一定规模后还有对涡轮部件失效或整台发动机的失效。通过仿真模拟计算在涡轮部件上沉积分布以及沉积厚度,对于涡轮后续的寿命预测都有一定的参考价值。本文主要利用Fluent中离散项DPM模拟颗粒入射,并计算颗粒在涡轮内的运动。本文在颗粒粘附的基础上提出了颗粒剥离条件,主要针对粘附在壁面上的颗粒进行受力分析,并且通过流动阻力与颗粒和壁面之间的粘性力的力矩大小来判断颗粒是否发生滚动剥离。又通过C#编写合适的网格重构过程来模拟非稳态的沉积过程,使得网格调整的体积等于颗粒沉积的体积,从而准确的得到颗粒在涡轮壁面的沉积分布以及沉积厚度。本文利用石蜡颗粒沉积实验来验证颗粒沉积机理,并对其进行了有无剥离条件下仿真模拟,发现颗粒在平板气膜孔后两侧发生剥离的数量较多。通过对涡轮内部颗粒的沉积的研究,发现颗粒在涡轮端壁前缘处滞止点沉积量最大,主流温度的升高会降低颗粒在滞止点的沉积厚度。由于涡轮内部通道涡的影响,颗粒在在压力面侧的沉积多于吸力面的沉积。由于在端壁尾缘处流体的速度较快,颗粒在尾缘处发生剥离量较大。对于带有气膜孔的端壁研究发现,冷流会对阻碍颗粒沉积,但是气膜之间的位置颗粒沉积量会增多。总体来说,本文利用UDF将沉积机理带入沉积的计算过程,并且通过对动网格的调整,可以更加准确的得到涡轮表面的沉积现象,方便以后研究沉积现象对涡轮内部气流流动和传热的影响。
【学位单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V235.1
【部分图文】：

粒动量 Stokes 数大于 10 时，颗粒容易e[10]二人发现动量 Stokes 数远小于 0.1 的的影响，而且近壁区域二次流对颗粒的沉积颗粒在涡轮叶片间的输运过程和机理，其研4个因素的影响：颗粒自身的惯性，颗粒的湍流扩散效应，颗粒在近壁面会被卷入湍流和冷壁面间的温度梯度产生的热泳力会对对扩散现象则会影响0.05-0.1μm颗粒的运动轨加速沉积设备(TADF- Turbine accelerated d拟实验，该实验可以提供和实际涡轮相近的的方式加速颗粒沉积的过程。通过增加燃验中模拟涡轮10,000小时的沉积情况。

图 0-2 langston 总结的端壁流场为sharma和Butler 的发现，吸力面侧的马蹄涡分支围着通道涡盘绕面上，二次流带来的漩涡还把入口边界层气流带向叶片的顶部。

图 0-2 langston 总结的端壁流场1-3为sharma和Butler 的发现，吸力面侧的马蹄涡分支围着通道涡盘绕而不吸力面上，二次流带来的漩涡还把入口边界层气流带向叶片的顶部。
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本文编号：2863167