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《南京航空航天大学》 2002年
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航空发动机旋转盘腔的流动和换热的数值模拟

梁波  
【摘要】: 本文对具有不同叠加进出流的旋转盘腔结构流动和传热特性进行了数值研究。该旋转盘腔由上、下游涡轮盘和内、外围屏组成。 文中将整个计算域分为9个子域,采用半交错式网格布置,非均匀的网格分布使得在所有近壁区的网格都更为细密。在紊流核心区采用标准K-ε模型,近壁区分别采用单方程模型和Launder—Sharma低雷诺数K-ε模型,采用SIMPLE算法,求解并获得了盘腔中的速度和压力场、全域的温度场以及流固界面上的换热系数和努谢尔数分布。文中采用了流体域和固体域耦合求解的方法,对边界条件的处理进行了细致的研究,并对压力修正算法进行了总体质量守恒修正。 为了使计算方法得到更多的算例验证,本次研究做了若干算例,文中选出其中四个算例进行分析,计算结果表明: (1) 在转静盘腔结构中,转盘表面的二次流大部分区域都比静盘表面的要强,所以转盘表面换热情况较好,转盘的总体温度水平要低于静盘。在盘腔外端固壁表面的回流区有利于该区域的换热。 (2) 轴向高位进气有效地阻止了热流向盘腔内端纵深传递,在进气加有预旋时效果更好。 (3) 在共转盘腔结构中,大部分区域盘面的换热系数都较高,表明共转状态对盘面的换热有利。但在出口处出现大面积“倒流”,盘腔外端的温度较高,这与流动参数和出口面积的大小有关,有待进一步研究。 (4) 近壁区采用单方程模型和双方程模型对流动结构、温度分布和换热系数分布的预测有着较大的差别,建议开展实验研究进行验证。
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