轮缘封严非定常流动机理及燃气入侵控制方法研究

发布时间：2024-02-20 13:44

　　随着飞行器对更高性能动力装置的需求提升,航空发动机的传统涡轮设计技术已经难以使发动机性能得到进一步提升。因此,可综合考虑多种影响因素的涡轮精细化设计技术已成为发展趋势,其中对轮缘封严附近非定常流动特性的理解和调控已成为研究热点和重中之重。深入研究涡轮轮缘封严位置处气流的非定常流动特性和燃气入侵流的控制方法具有重要的学术价值和工程意义。本论文以某型号涡扇发动机的高压涡轮前腔为研究对象,采用经实验数据校核的定常数值模拟方法,同时应用非定常数值模拟方法,研究了其在不同工况下,不同轮缘封严结构的封严效果和非定常流动特性,包括主流和盘腔内的压力场、速度场、封严效率分布等。最终从非定常流动特性角度出发,创新性地提出了一种可抑制燃气入侵从而提高封严效率的轮缘封严新构型,同时,提出了其对应的封严气分配新策略。针对轴向轮缘封严模型,通过经实验数据校核的RANS和URANS数值模拟方法,选择转速和封严气流量两个变量进行变工况计算。分析了定常、非定常时均和非定常瞬时的计算结果,定量研究了封严效率、旋转比、径向压力系数和周向压力不均匀系数。比较了定常和非定常计算方法的区别,得到了封严间隙处和盘腔内的非定常流场...

【文章页数】：152 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景
        1.1.1 航空发动机——飞机的心脏
        1.1.2 航空发动机的二次空气系统
        1.1.3 燃气入侵和轮缘封严
    1.2 基础理论
        1.2.1 盘腔流动理论
        1.2.2 燃气入侵机理
    1.3 轮缘封严的CFD研究
        1.3.1 定常CFD研究
        1.3.2 非定常CFD研究
    1.4 本论文研究目的
    1.5 本论文的结构
    1.6 本章小结
第2章 数值计算方法
    2.1 研究对象
    2.2 网格划分
    2.3 计算方法
        2.3.1 数值方法
        2.3.2 湍流模型
        2.3.3 边界条件及计算域设置
        2.3.4 基于附加示踪变量法的封严效率
    2.4 收敛情况
    2.5 计算验证
        2.5.1 网格无关性验证
        2.5.2 时间步长敏感性验证
        2.5.3 数值计算准确性验证
    2.6 本章小结
第3章 非定常燃气入侵机理研究
    3.1 计算模型与工况
    3.2 轮缘封严非定常流动机理
        3.2.1 主流通道的压力分布
        3.2.2 主流通道中非定常压力脉动的频谱分析
        3.2.3 轮缘和盘腔内的封严效率和流场结构
    3.3 重要参数对轮缘间隙处非定常流动特性的影响
        3.3.1 转速对轮缘间隙处非定常流动特性的影响
        3.3.2 封严气流量对轮缘间隙处非定常流动特性的影响
    3.4 重要参数对盘腔内流动特性的影响
    3.5 本章小结
第4章 不同轮缘封严结构的封严特性比较
    4.1 计算模型与工况
    4.2 轴向封严结构与复杂封严结构的比较
    4.3 鱼嘴封严结构与双层封严结构的比较
        4.3.1 盘腔内的封严效率
        4.3.2 鱼嘴封严缓冲腔内的流动特性
        4.3.3 盘腔内的压力和旋转比
    4.4 本章小结
第5章 轮缘封严新结构及燃气入侵抑制策略
    5.1 基于辅助封严孔的轮缘封严新结构
    5.2 计算说明
        5.2.1 计算模型与边界条件
        5.2.2 研究变量与计算工况
    5.3 结论与分析
        5.3.1 辅助封严气周向进气角度的影响
        5.3.2 封严气分配比例的影响
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3904250