涡轮叶片中流场和温度场计算及实验研究

【摘要】： 随着涡轮前温度的提高，涡轮叶片的冷却技术变得十分重要。涡轮叶片中流/热耦合计算成为必不可少的热环境分析手段。本文从实验和计算的角度对涡轮叶片中的流场、温度场耦合进行了研究。 本文在激波管风洞中利用两种叶栅在总共五种工况下进行了叶表静压测量实验，在两种工况下进行了叶表热流率测量实验。对激波管风洞实验台的测试精度、可靠性进行讨论表明该种实验方式对涡轮流场测压、测热实验具有令人满意的精度。数值计算方面，以多块网格为特征的S2DF程序采用有限体积法，MacCormack离散格式求解二维、非定常N-S 方程，利用有限差分方法求解二维热传导方程。 本文发展的计算程序S2DF 模拟了实验工况下的叶栅流场。计算的结果不论从叶表静压分布还是激波的位置，与实验的结果都相吻合。这表明了S2DF程序气动计算的可靠性。接着利用本文提出的流/热耦合方法计算了叶表热流率分布并与实验结果比较。最后进一步地讨论了涡轮叶片中无冷却和有简单冷却通道情况下的流/热耦合计算。发现流/热耦合的精确计算与网格的质量、湍流模型密切相关。今后流/热耦合计算，需要质量更好的非结构化网格以及能更精确模拟层流、湍流发展及转捩的模型。