考虑热弹耦合效应的涡轮导向叶片热冲击数值研究

发布时间：2023-04-01 00:37

　　涡轮导向叶片长期工作于高温、高压的恶劣环境,受气动载荷和热冲击载荷的相互作用。研究发动机涡轮导向叶片在飞机起飞过程中的温度场及应力场变化的数值模拟技术,对其热疲劳分析及寿命预测具有重大意义。首先,基于亥姆霍兹自由能理论,对一维无限大平板热冲击问题进行解析解求解,并分别对考虑热弹耦合效应和不考虑热弹耦合效应的热冲击过程进行数值模拟和对比分析。结果表明:考虑热弹耦合效应的数值计算结果更趋近于解析解,温度误差降低5%-50%。并对不同换热系数及温差下平板热冲击过程数值模拟和对比分析,对考虑热弹耦合数值计算方法进行适用性研究。结果表明:对流换热系数增大时,温度误差先变小后增大,应力误差减小。伴随着外界环境与平板的温差越大,考虑热弹耦合效应的数值模拟计算结果误差越小,优势越明显。在此基础上,建立了考虑热弹耦合效应的涡轮导向叶片数值计算方法,并与单向耦合结果进行对比。结果表明:在发动机启动过程中,叶片前缘与尾缘温度上升速度最快,尾缘应力集中较为严重;与单项耦合结果的对比可知,在考虑了热弹耦合效应后,叶片温度上升速度降低,叶片应力峰值后移,考虑热弹耦合效应的温度计算结果更接近于实验值。最后,利用建立...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
主要符号表
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外相关研究进展
        1.2.1 热冲击研究现状
        1.2.2 热弹耦合研究现状
        1.2.3 流固耦合研究现状
        1.2.4 流/固/热耦合研究现状
    1.3 本文主要工作
第2章 热冲击流/固/热耦合计算的理论与模型
    2.1 计算结构力学理论与模型
        2.1.1 本构方程
        2.1.2 热弹性运动方程
        2.1.3 热传导方程
    2.2 计算流体力学理论与模型
        2.2.1 质量守恒方程
        2.2.2 动量守恒方程
        2.2.3 湍流模型
        2.2.4 能量方程
    2.3 涡轮导向叶片热冲击分析流程
    2.4 本章小结
第3章 一维无限大平板热冲击数值研究
    3.1 热弹性力学基本理论
    3.2 解析解推导
    3.3 一维平板热冲击模拟及误差分析
        3.3.1 平板建模
        3.3.2 材料参数与边界条件
    3.4 不同边界条件下的误差分析
        3.4.1 不同换热系数下温度误差分析
        3.4.2 不同换热系数下应力误差分析
        3.4.3 不同温差下温度误差分析
        3.4.4 不同温差下应力误差分析
    3.5 本章小结
第4章 考虑热弹耦合效应的涡轮导向叶片三维耦合计算及分析
    4.1 几何建模及边界条件
        4.1.1 几何建模
        4.1.2 边界条件
    4.2 网格划分及网格无关性验证
        4.2.1 网格划分
        4.2.2 网格无关性验证
    4.3 流场分析
    4.4 热弹性耦合效应对叶片数值计算结果的影响
    4.5 本章小结
第5章 不同条件下涡轮导向叶片热冲击数值模拟
    5.1 不同压差下叶片热冲击模拟
        5.1.1 不同压差下叶片温度变化
        5.1.2 不同压差下叶片热应力分析
    5.2 不同温差下叶片热冲击模拟
        5.2.1 不同温差下叶片温度变化
        5.2.2 不同温差下叶片热应力分析
    5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文



本文编号：3776105