反转盘腔内稳态流动换热特性及旋转盘热应力

发布时间：2021-05-09 18:30

　　反向旋转涡轮盘腔内的流动和换热问题是包含多个复杂旋转力作用的流动和换热问题,具有重要的学术意义和应用前景。本文采用数值模拟结合实验研究的方法研究了反转盘腔内的流动、换热特性以及旋转盘热应力。论文主要内容有:设计搭建反转盘腔壁面温度无线测量实验台,并对旋转台结构强度以及温度无线采集模块进行了校核;通过实验测量了不同中心轴向进气量下的反转涡轮盘腔壁面温度,并与数值计算结果相对比,验证了计算方法的正确性;通过数值计算研究了反转盘腔系统在不同进气量、转速、出口间隙尺寸以及进气位置等参数下的稳态流动结构、旋转壁面换热特性以及旋转盘应力,得到如下结论。随着进气量的增大,高半径位逆时针涡胞强度增大且向低半径位扩张,滞止点向内移动;上、下游盘壁面换热系数增大,上、下游盘壁面温度降低,但上游盘变化量显著。旋转盘高应力区域为轴与盘的连接位置以及盘缘区域,且等效应力随半径增大先减小后增大。随转速增加,轴向中心面中心区域的逆时针涡胞加强且扩张,周向分布顺时针涡胞被压缩;滞止点向外围屏移动,而上游盘的近壁面气体径向速度增大,壁面高半径位温度下降,低半径位壁面温度升高。高转速时,壁面温度随转速增大而减小。转速改变... 

【文章来源】：中国民用航空飞行学院四川省

【文章页数】：121 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 旋转盘腔稳态流动换热特性研究现状
    1.3 涡轮盘热应力研究现状
    1.4 本文的研究背景、内容及意义
        1.4.1 研究背景
        1.4.2 研究内容
        1.4.3 研究意义
第2章 反转盘腔壁面温度无线测量实验台组装及改进
    2.1 引言
    2.2 试验台结构及组件
        2.2.1 旋转盘及盘腔
        2.2.2 温度测量系统
    2.3 齿轮箱与轴
        2.3.1 结构简述
        2.3.2 强度校核
    2.4 动力系统与气源系统
    2.5 试验台的不足与改进
        2.5.1 加热电阻丝的安装与绝缘
        2.5.2 外围屏的绝热改进
        2.5.3 进气系统改进
        2.5.4 测温探头的固定
    2.6 本章小结
第3章 数值计算方法
    3.1 引言
    3.2 流场计算
        3.2.1 几何模型
        3.2.2 控制方程
        3.2.3 网格划分
        3.2.4 湍流模型的选取
        3.2.5 算法介绍及选取
        3.2.6 近壁面处理
    3.3 耦合方式及热应力计算
        3.3.1 网格划分
        3.3.2 热应力原理
        3.3.3 耦合方式介绍及选取
        3.3.4 热应力分析的实现
第4章 反转盘腔稳态流动计算结果分析
    4.1 引言
    4.2 反转盘腔稳态流动基本力学参数
        4.2.1 旋转离心力与哥氏力
        4.2.2 进气惯性力
    4.3 边界条件
        4.3.1 流动边界条件
        4.3.2 换热边界条件
        4.3.3 流固耦合面换热系数
    4.4 数值模拟结果验证
        4.4.1 实验数据收集及处理
        4.4.2 结果验证
    4.5 流动结构影响因素分析
        4.5.1 流动结构概述
        4.5.2 冷却气体入口流量对流动结构的影响
        4.5.3 转速对流动结构的影响
        4.5.4 冷却气体出口尺寸对流动结构的影响
        4.5.5 进气位置对流动结构的影响
    4.6 本章小结
第5章 反转盘腔稳态换热计算结果分析
    5.1 引言
    5.2 冷却气体入口流量对换热特性的影响
    5.3 冷却气体出口间隙尺寸对换热特性的影响
    5.4 转速对换热特性的影响
    5.5 进气位置对换热特性的影响
    5.6 本章小结
第6章 反转盘腔稳态热应力计算结果分析
    6.1 引言
    6.2 载荷、约束设定
    6.3 流固耦合方程
    6.4 热应力模拟结果分析
        6.4.1 不加载离心力情况下热应力分析
        6.4.2 进气量对等效应力的影响
        6.4.3 转速对等效应力的影响
        6.4.4 热应力、气动应力、离心应力的耦合及对比
        6.4.5 进气位置对热应力的影响
    6.5 本章小结
结论与展望
    文章结论
    展望
参考文献
攻读硕士期间取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]某型发动机涡轮盘温度及应力计算分析[J]. 李钊,邹武.  机械工程与自动化. 2014(03)
[2]大型旋转机械转子离心应力有限元分析[J]. 徐欣.  装备机械. 2014(01)
[3]反向旋转盘腔内部流动特性[J]. 陈淑仙,张靖周,谭晓茗,左渝钰.  航空动力学报. 2013(01)
[4]通用的经济可承受的先进涡轮发动机研究计划的主要特点[J]. 梁春华.  航空发动机. 2011(05)
[5]轴向通流旋转盘腔中流动与传热数值研究[J]. 谭勤学,任静,蒋洪德.  工程热物理学报. 2009(07)
[6]反旋进气盘腔内流动与换热的数值模拟[J]. 黄爱霞,王锁芳.  航空动力学报. 2008(09)
[7]某涡轮盘应力计算及优化设计分析[J]. 杨喜关,罗贵火.  现代机械. 2008(04)
[8]旋转盘应力水平与温度分布的关联分析[J]. 付德斌,丁水汀,陶智,杜发荣,徐国强,吴宏伟.  航空动力学报. 2008(04)
[9]预旋进气位置对转静盘腔换热影响的数值研究[J]. 王锁芳,朱强华,张羽,栾海峰,黄爱霞.  航空动力学报. 2007(08)
[10]1+1/2对转涡轮的气动设计与分析[J]. 卢蕊,乔渭阳.  机械设计与制造. 2006(08)

硕士论文
[1]反预旋进气旋转盘腔系统的流场实验与计算研究[D]. 武亚勇.西北工业大学 2007



本文编号：3177805