无导叶对转涡轮高低压转子盘腔封严引气与流动换热研究
发布时间：2022-01-20 11:10
获得对转航空发动机二次空气系统中的流动参数,对对转航空发动机二次空气系统结构设计优化和发动机轴向力计算具有重要意义。对转航空发动机二次空气系统中的涡轮对转盘腔内具有复杂的流动和换热现象,明确涡轮对转盘腔中的流动与换热特性可以为涡轮对转盘腔设计优化提供参考依据。已有的研究已经对常规发动机二次空气系统和涡轮转静盘腔中的流动换热规律做了大量的探讨,但对对转航空发动机二次空气系统的计算还欠缺对转元件双轮盘壁面旋转对气流输入功的考虑,对涡轮对转盘腔中流动和换热的讨论还不够细致。鉴于此,本文对无导叶对转航空发动机二次空气系统进行分析计算,对二次空气系统涡轮对转盘腔中的流动与换热特性进行详细的探讨。本文主要研究内容如下:1、利用流体网络法将无导叶对转航空发动机二次空气系统一维网络化,考虑对转元件双壁面旋转对通过元件处气流的输入功,通过求解二次空气系统非线性方程组,获得二次空气系统中气流的流动参数,与二维、三维数值计算结果对比验证一维计算结果的准确性。2、对涡轮对转盘腔计算域进行三维定常数值模拟,分析了主流压力对对转盘腔轮缘处流动的影响,发现若对转盘腔封严流量不足,高压动叶尾缘和低压动叶前缘高压区域发...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２航空发动机的空气系统流路网络图??Ｆｉｇ?１．２?Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ?ａｉｒ?ｓｙｓｔｅｍ?ｆｌｏｗ?ｎｅｔｗ?ｏｒｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｅｒｏ?ｅｎｇｉｎｅ??
纪宁等Ｍｌ通过瞬态实验法研宄了中心进气转静盘腔转盘表面的换热特性，得出轮??盘表面换热努塞尔数随轮盘间隙和封严间隙减小而增大的结论。Ｆａｒｔｈｉｎｇ和??Ｏｗｅｎ［５８］，Ａｉｒｏｌｄｉ等讨论了盘腔结构对换热的影响，通过对比如图１．３所示两??种轮盘的换热效果，发现在相同流量系数情况下，低旋转雷诺数时两种结构的努??塞尔数差别不大，但是在高旋转雷诺数情况下，有突起的盘腔换热系数要小于平??面轮盘结构盘腔。??ｕ——５—ｊ?Ｓｉｎｋ?ｌｏｙｅｒ??＾ｏｕｔｅｒ?ｓｈｒｏｕｄ?Ｖ?、??ａｉｒ?ｏｕＫｅｆ?１?＿＿??ＩＩ?＼?Ｘ＿?ｒａｄｉａｎｔ?ｈｅｏｔｗｓ?＿＿＿｜?－ｔｋｍａｎ．???｜?｜ｊｌ：：ｃ〇ｒｅ＿??？?Ｕ?ｂ?Ｉ??Ａ?ｙｒ－?ｄｏｗｎｓｆｒｅａｎｉ?ｓｆｅｅｌ?、?．?「ｅ??ｌ?ｄｉ５Ｃ?Ｔ．ＶｒｔＴｒｒ????ｃｅｎｔｒａｌ?ｄｒｉｖｅ?ｓｈａｆｔ?｜ｒ＾?ｎ?Ｑ??图１．３不同结构盘腔示意图??Ｆｉｇ?１．３?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃａｖｉｔｉｅｓ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??ＳｕｌｆｋｋｅｍｌＰＵ等通过数值模拟讨论了转静盘腔转盘表面的螺栓对转静盘腔内??流动的影响，研宄发现：螺栓的数量影响转静盘腔内的流动结构，减小螺栓到轮??缘之间的距离、增大转静盘之间的距离、减小进入转静盘腔的冷气量有利于增大??转静盘腔内流动的稳定性。上述说明盘腔壁面结构对盘腔内的流动具有较大的影??响。Ｄｉｘｏｎ等［％对转静盘腔优化设计方法进行了相关的研宄。??王美丽等通过ＳＩＭＰＬＥ算法研宄了转静盘腔内的流动和换热
与节点相连的元件的数量，Ｇ／表示与节点相连的第ｉ个元件进节点的流量也可以是流出节点的流量，流进节点的流量为正，为负。??二次空气系统中每一个内部节点，不同温度的气流掺混和节点的功造成的流体温度改变应满足节点处的能量方程，具体形式砂邮）＋?〇?＝?０Ｖ）为流入或流出节点流体的焓值，０为输入节点中流体的热量。??系统元件数学模型??空气系统是由多个不同类型的元件组成的，在将二次空气系统计算时，各元件由相应的数学模型代替。??菌齿元件??封严的结构和数学模型如下：??ＳＴＡＴＯＲ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]径向轮缘密封预旋盘腔流动换热特性数值研究[J]. 程舒娴,晏鑫,李志刚,宋立明,李军. 工程热物理学报. 2017(08)
[2]旋转径向孔流动特性计算模型[J]. 张丽芬,朱鹏飞,刘振侠,任国哲,吕亚国. 推进技术. 2016(05)
[3]圆孔型预旋喷嘴转静盘腔内流动换热特性数值研究[J]. 程舒娴,高铁瑜,李军. 热能动力工程. 2016(04)
[4]小流量下转静系盘腔传热特性[J]. 林立,吴康,谭勤学,任静,蒋洪德. 航空动力学报. 2015(09)
[5]考虑入射角影响的旋转孔计算模型[J]. 朱鹏飞,刘振侠,吕亚国. 推进技术. 2015(08)
[6]间隙结构对轮缘密封封严性能及透平级气动性能影响的数值研究[J]. 高庆,李军. 西安交通大学学报. 2015(03)
[7]基于附加示踪变量法的涡轮轮缘密封非定常封严特性研究[J]. 陶加银,高庆,宋立明,晏鑫,李军,丰镇平. 工程热物理学报. 2014(11)
[8]径向轮缘密封封严效率的数值研究[J]. 高庆,李军. 西安交通大学学报. 2014(09)
[9]涡轮轮缘密封非定常主流入侵特性的数值研究[J]. 陶加银,高庆,宋立明,李军. 西安交通大学学报. 2014(01)
[10]旋转封严篦齿风阻温升的试验研究与数值分析[J]. 王鹏飞,郭文,张靖周. 航空动力学报. 2013(06)
博士论文
[1]燃气轮机转静系盘腔内流动与传热机理研究[D]. 林立.清华大学 2013
硕士论文
[1]带去旋系统的旋转盘腔内流动和换热的数值研究[D]. 陈阳春.南京航空航天大学 2009
本文编号：3598716
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２航空发动机的空气系统流路网络图??Ｆｉｇ?１．２?Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ?ａｉｒ?ｓｙｓｔｅｍ?ｆｌｏｗ?ｎｅｔｗ?ｏｒｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｅｒｏ?ｅｎｇｉｎｅ??
纪宁等Ｍｌ通过瞬态实验法研宄了中心进气转静盘腔转盘表面的换热特性，得出轮??盘表面换热努塞尔数随轮盘间隙和封严间隙减小而增大的结论。Ｆａｒｔｈｉｎｇ和??Ｏｗｅｎ［５８］，Ａｉｒｏｌｄｉ等讨论了盘腔结构对换热的影响，通过对比如图１．３所示两??种轮盘的换热效果，发现在相同流量系数情况下，低旋转雷诺数时两种结构的努??塞尔数差别不大，但是在高旋转雷诺数情况下，有突起的盘腔换热系数要小于平??面轮盘结构盘腔。??ｕ——５—ｊ?Ｓｉｎｋ?ｌｏｙｅｒ??＾ｏｕｔｅｒ?ｓｈｒｏｕｄ?Ｖ?、??ａｉｒ?ｏｕＫｅｆ?１?＿＿??ＩＩ?＼?Ｘ＿?ｒａｄｉａｎｔ?ｈｅｏｔｗｓ?＿＿＿｜?－ｔｋｍａｎ．???｜?｜ｊｌ：：ｃ〇ｒｅ＿??？?Ｕ?ｂ?Ｉ??Ａ?ｙｒ－?ｄｏｗｎｓｆｒｅａｎｉ?ｓｆｅｅｌ?、?．?「ｅ??ｌ?ｄｉ５Ｃ?Ｔ．ＶｒｔＴｒｒ????ｃｅｎｔｒａｌ?ｄｒｉｖｅ?ｓｈａｆｔ?｜ｒ＾?ｎ?Ｑ??图１．３不同结构盘腔示意图??Ｆｉｇ?１．３?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃａｖｉｔｉｅｓ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??ＳｕｌｆｋｋｅｍｌＰＵ等通过数值模拟讨论了转静盘腔转盘表面的螺栓对转静盘腔内??流动的影响，研宄发现：螺栓的数量影响转静盘腔内的流动结构，减小螺栓到轮??缘之间的距离、增大转静盘之间的距离、减小进入转静盘腔的冷气量有利于增大??转静盘腔内流动的稳定性。上述说明盘腔壁面结构对盘腔内的流动具有较大的影??响。Ｄｉｘｏｎ等［％对转静盘腔优化设计方法进行了相关的研宄。??王美丽等通过ＳＩＭＰＬＥ算法研宄了转静盘腔内的流动和换热
与节点相连的元件的数量，Ｇ／表示与节点相连的第ｉ个元件进节点的流量也可以是流出节点的流量，流进节点的流量为正，为负。??二次空气系统中每一个内部节点，不同温度的气流掺混和节点的功造成的流体温度改变应满足节点处的能量方程，具体形式砂邮）＋?〇?＝?０Ｖ）为流入或流出节点流体的焓值，０为输入节点中流体的热量。??系统元件数学模型??空气系统是由多个不同类型的元件组成的，在将二次空气系统计算时，各元件由相应的数学模型代替。??菌齿元件??封严的结构和数学模型如下：??ＳＴＡＴＯＲ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]径向轮缘密封预旋盘腔流动换热特性数值研究[J]. 程舒娴,晏鑫,李志刚,宋立明,李军. 工程热物理学报. 2017(08)
[2]旋转径向孔流动特性计算模型[J]. 张丽芬,朱鹏飞,刘振侠,任国哲,吕亚国. 推进技术. 2016(05)
[3]圆孔型预旋喷嘴转静盘腔内流动换热特性数值研究[J]. 程舒娴,高铁瑜,李军. 热能动力工程. 2016(04)
[4]小流量下转静系盘腔传热特性[J]. 林立,吴康,谭勤学,任静,蒋洪德. 航空动力学报. 2015(09)
[5]考虑入射角影响的旋转孔计算模型[J]. 朱鹏飞,刘振侠,吕亚国. 推进技术. 2015(08)
[6]间隙结构对轮缘密封封严性能及透平级气动性能影响的数值研究[J]. 高庆,李军. 西安交通大学学报. 2015(03)
[7]基于附加示踪变量法的涡轮轮缘密封非定常封严特性研究[J]. 陶加银,高庆,宋立明,晏鑫,李军,丰镇平. 工程热物理学报. 2014(11)
[8]径向轮缘密封封严效率的数值研究[J]. 高庆,李军. 西安交通大学学报. 2014(09)
[9]涡轮轮缘密封非定常主流入侵特性的数值研究[J]. 陶加银,高庆,宋立明,李军. 西安交通大学学报. 2014(01)
[10]旋转封严篦齿风阻温升的试验研究与数值分析[J]. 王鹏飞,郭文,张靖周. 航空动力学报. 2013(06)
博士论文
[1]燃气轮机转静系盘腔内流动与传热机理研究[D]. 林立.清华大学 2013
硕士论文
[1]带去旋系统的旋转盘腔内流动和换热的数值研究[D]. 陈阳春.南京航空航天大学 2009
本文编号：3598716
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