旋转盘腔冷却问题的工程评价

对涡轮旋转盘腔的流动与换热问题，可以采用阻力评价、换热评价和温度分布评价三种评价指标构成工程评价体系。前者决定了全系统的阻力损失的大小，后两者表征了相对冷却效果和热应力水平的高低。应用该评价体系对某型发动机的实际涡轮盘腔冷却结构进行了评价，以实验方法研究了旋转雷诺数、冷气雷诺数、哥拉晓夫数和三种评价指标间的函数关系，为涡轮盘腔的冷却系统优化设计提供了优化目标。

封闭转静盘腔中紊流的数值模拟

对一个旋转盘腔的流场进行了数值计算研究。该盘腔由一个旋转盘 ,一个静止盘及静止的外围屏组成。在盘腔的核心区采用标准 k-ε模型 ,在近壁区分别采用了两种低雷诺数紊流模型 ,即 (1 )单方程模型和(2 ) Launder-Sharma低雷诺数 k-ε模型 ,并且在第二个模型中考虑了固体旋转引起的耗散率降低的修正。

具有轴向温差的封闭转静系盘腔流动和换热特性研究

采用数值模拟探究了具有轴向温差下封闭转静系盘腔的流动和换热特性。通过改变热罗斯比数,探究不同工况下盘腔的流动结构、温度分布以及转静盘努塞尔数的径向分布规律。结果表明:具有轴向温差的封闭转静系盘腔与等温封闭转静系盘腔的基本流动结构一致,属于典型的Batchelor流型;与等温封闭转静系盘腔相比,核心区内无量纲周向速度增大,且随着热罗斯比数的增加核心区无量纲周向速度逐渐增加、转静盘边界层内流体的无量纲周向速度也增加;具有轴向温差下,盘腔的温度沿径向逐渐降低,沿轴向先降低、经过核心区温度保持不变、靠近转盘侧继续降低;在热罗斯比数一定时,转静盘的努塞尔数沿径向逐渐增大,随着热罗斯比数的增加,转静盘的努塞尔数有所减小。

轴向进气位置对转静盘腔传热影响的分析

本文对具有不同轴向进气位置的两个转静盘腔的流动和传热进了数值模拟。这两个盘腔除进气位置不同外,具有相同的几何结构,进气流量及温度边界条件。在盘腔的核心区采用标准k-ε紊流模型,近壁区采用单方程模型。求解并分析了包括流体域,固体域的整体温度分布以及流固界面上的努塞尔数分布。

高位垂直进气转静系旋转盘腔流场的实验

利用粒子图像测速技术(简称PIV)对高位垂直进气的转静系旋转盘腔流场进行了实验研究.该盘腔由一个旋转盘、一个静止盘及静止的外围盘罩组成.实验结果表明:PIV粒子成像技术可以应用于旋转盘腔结构的流场测试,在本实验的工况范围内,大部分区域的流动已为湍流,两盘间的流动结构明显具有Batch-elor流型的特点,转盘和静盘两个表面附近形成各自独立的边界层,两边界层之间有一个旋转核心,核心区内旋流系数β比大间隙封闭系统湍流流动时旋流系数的值0.43要小.流量系数和旋转雷诺数的变化对旋流系数β的影响较小,但转静间隙的变化对β的影响较为显著.

预旋进气的盘腔系统内流场的数值研究

用CFD软件(FLUENT6.0.12)对预旋进气的盘腔进行了数值模拟,计算中采用了多种湍流模型,包括Spalart-Allmaras单方程、K-epsilon和K-omega多种双方程模型,结果表明Spalart-Allmaras模型与结果符合得较好;通过计算研究了流场结构,流场主要由两个参数旋转比β_p和湍流参数λ_T控制,λ_T主要决定源区的大小,计算结果验证了自由涡流的存在,并且盘腔压力分布的计算值与理论曲线符合得很好。

航空发动机静止盘腔瞬态特性数值与实验研究

为了研究静止盘腔瞬态响应过程和参数响应规律,本文分别采用非定常雷诺时均方法和实验手段对典型静止盘腔的瞬态响应特性进行研究,通过对盘腔响应过程的分析,引入三个评价参数,对静止盘腔瞬态特性进行定量分析。对比研究了不同进出口边界条件下的静止盘腔瞬态响应特征,在相同瞬变工况下,有一个进口和一个出口的静止腔响应速度最慢,响应时间最长为4.57s,而有一个进口和两个出口的腔室响应时间最短为2.13s。研究表明,本文建立的非稳态数值模拟方法能够准确预测静止盘腔内的流动过程,反映静止盘腔的瞬态响应特性,而进出口几何条件对静止盘腔的响应特性有显著的影响。

低位预旋进气转静系盘腔流动特性研究

采用实验和数值模拟的方法对低位预旋进气转静系盘腔的流动特性进行研究,考察了流量与动盘转速变化对腔室内流动的影响,结果表明腔内径向静压差随流量增大而增大,随转速升高而增大;引入腔内有效角动量的概念,用角动量系数表征其与盘腔入口角动量之比,通过分析来流角动量与盘面转矩的相对大小,推导得到影响角动量系数的两个主要无量纲参数为修正的湍流流动参数与预旋来流雷诺数;对于给定结构形式的预旋系统,当改变转速时,角动量系数随修正湍流流动参数增大而减小,当修正的湍流流动参数大于0.0646时,角动量系数变化缓慢,腔内有效角动量约为入口角动量的70%~90%;当改变来流速度时,角动量系数随修正湍流流动参数增大呈现先减小后增大的变化趋势.

旋转盘腔瞬态响应特性的研究

为保证发动机在飞行包线内正常运转,需研究旋转盘腔的瞬态响应特性。采用1-D模型方法和计算流体力学(CFD方法对旋转盘腔进口压力突升的情况进行非稳态数值计算,所得结果与文献中的结果进行对比,提出1-D模型方法的一些缺点,并证明了CFD计算的正确性。然后用CFD方法并通过用户自定义函数(UDF编程研究了进口压力渐增、正弦变化以及盘腔尺寸对旋转盘腔流动瞬态响应特性的影响。结果表明:1-D模型的计算结果不能显示出CFD模型计算结果的一个高阶震荡;进口压力以不同方式变化,瞬态响应存在不同程度的滞后;进口压力突增和进口压力渐增响应的特征时间比进口压力正弦变化的特征时间分别增加56.0%和106.4%盘腔宽径比由0.2变化到0.39时,腔内均压变高,出口质量流量变低,特征响应时间缩短至40%当宽径比由0.2变化到0.58时,特征响应时间缩短至25%。

预旋进气转-静盘腔中的流动和传热数值研究

采用计算流体动力学(CFD)软件CFX5.7对预旋进气旋转盘腔中的流动和传热过程进行了全三维数值模拟.对4种工况进行了计算,计算结果与试验结果吻合较好,验证了所采用方法的计算精度,并分析了旋转雷诺数、无量纲切向速度、预旋比对流场结构、传热的影响.

具有径向进出流的转—静盘腔流动与换热的数值研究

本文对具有径向进出流的转－静盘腔结构的流动和传热过程进行了数值计算研究，文中研究了旋转雷诺数和无量纲流动速率对盘腔内流动换热过程的影响。在盘腔的核心区采用标准的κ－ε模型，近壁区采用Ｌａｕｎｄｅｒ－Ｓｈａｒｍａ低雷诺数ｋ－ε模型。与实验结果的对比表明本文的计算方法是合理的，计算结果揭示了该型盘腔结构的流动传热基本特征和规律。

湍流参数对复杂形状涡轮盘腔流场的数值研究

以罗罗公司未来某型双轴发动机的高压涡轮旋转盘腔为计算模型,目的是要对复杂的内部旋转空腔流场有一个详细的了解,通过CFD(FLUENT6 0 12)的研究为即将进行的放大比例的旋转涡轮盘腔试验提供指导。计算中采用了Spalart Allmaras湍流模型,结果表明湍流参数相同的流动,其流体结构是非常相似的;流场主要由湍流参数λT决定涡旋的大小和数量;对于湍流参数小于0 199的旋转流动,盘腔内存在着自由涡流。

轴向通流旋转盘腔内类Rayleigh-Benard对流稳定性研究

利用数值模拟的方法对冷气轴向通流旋转盘腔的流动过程进行了研究。研究发现 ,对应一进口冷气的雷诺数 ,存在一临界瑞利数 ( Rac) ,高于该瑞利数 ( Ra) ,流动出现不稳定现象 ,且 Ra越大 ,不稳定行为越严重。对于特例 ,盘腔内的流动可以看成是由类 Rayleigh-Benard对流和强迫对流两个区域构成 ,两个区域通过能量和质量交换相互影响 ,流动随着 Ra的增加从稳态发展为非稳态 ;采用频谱图分析的方法对数值解的不稳定性进行定性分析 ,结果显示随着 Ra的增大 ,数值解经历了从稳定解到分贫的周期性不稳定和准周期不稳定的发展过程。离心浮升力引起的类 Rayleigh-Benard对流是造成流动从稳定到不稳定发展的重要原因 。

带有微型涡轮的旋转盘腔局部换热特性

对带有微型涡轮的转-转系涡轮盘腔进行了换热试验。微型涡轮的主要作用是使冷气通过上游涡轮盘的反旋喷嘴推动涡轮盘转动,从而降低气流的总焓,同时改变气流的旋转速度,形成更好的冷却环境。试验采用热膜加热、热电偶测温和遥测仪采集数据的方法进行,上下游转盘同时加热。试验结果表明:随着无量纲质量流量、旋转雷诺数和浮升力的增大,努赛尔特数增大,换热效果增强。这为进一步的数值计算和优化提供了依据。

有预旋进气转静盘腔中的流动和换热特性数值研究

运用RNG湍流模型对有静盘外缘预旋进气和轴向中心进气、转盘外缘轴向出气和外围屏径向出气的转-静盘腔中流动和传热过程进行了数值研究。在盘腔结构中,静止内隔片和旋转内隔片将盘腔分为内转-静盘腔室和外预旋腔室。由于盘腔流动结构具有周向周期性,取盘腔的1/30作为计算域。研究发现:旋转雷诺数Reθ、预旋喷嘴进气无量纲流动速度Cw,p、静盘中心轴向进气的无量纲流动速度Cw,d和预旋比βp都不同程度地影响盘腔内流动和换热。预旋和隔片的协同作用可以很好地起到阻止热燃气入侵转-静盘腔和提供低静温冷却气体流入涡轮叶片冷却通道。

反旋进气盘腔内流动与换热的数值模拟

应用RNGk-ε湍流模型对围屏上带反旋喷嘴的径向内流旋转涡轮盘腔内的流动与换热进行了数值模拟,揭示了盘腔内的压力损失及冷气流量、旋转雷诺数、湍流参数等因素对盘腔内流动换热的影响.计算结果表明:盘腔内的流动结构主要由湍流参数决定;在某一旋转雷诺数下盘腔内压力损失随冷气流量的增大而呈现S型变化;反旋喷嘴的应用能有效地降低盘腔内的压力损失;转盘附近的努赛尔数随冷气流量及旋转雷诺数的增大而增大.

旋转涡轮盘腔中等转速下内部流场分布实验

通过实验对中等转速下带有微型涡轮(反预旋喷嘴)的旋转涡轮盘腔内流动特性进行了系统研究。研究了不同转速下不同轴向位置(6个轴向位置)时旋转盘腔内部流场的分布规律。研究结果表明,较低转速下,进气惯性力主要控制流场内部结构,过渡转速下,进气惯性力和旋转效应同时控制流场结构,较高转速下,旋转效应主要控制流场结构。同时得到了流场内部切向速度、径向速度、轴向速度及压力分布规律。

动盘带预旋喷嘴的旋转盘腔内流场的相似分析与数值模拟

采用 K -ε湍流模型对带有预旋的新型旋转盘腔内的流动进行相似分析和数值计算。分析了预旋系数βr 对某一复杂旋转盘腔流场的影响 ,在旋转盘的计算中提出了一种新的网格剖分方法 ,计算的旋转雷诺数达到 2 .2× 1 0 7。定义了一个新的压力系数 Cp ,给出了扭矩系数和压力系数随旋转雷诺数变化的关系式 。

轴向通流旋转盘腔中流动与传热数值研究

本文采用三维N-S非定常计算方法对旋转盘腔中的流动与传热进行了数值研究。数值计算结果表明:下游盘的Nu数径向分布与实验结果吻合较好,上游盘趋势吻合但数值上有一定差别;旋转盘腔中流体的整体转动速度小于旋转圆盘的转动速度。进一步计算结果表明,重力的影响大小与整体流态转速相对坐标系转速的比值密切相关,该相对转速越大影响越小,反之越大。

旋转盘腔去旋系统数值模拟

对带有管式减涡器的盘腔内流动特性进行数值模拟,研究了减涡管的长度、管径和引气鼓筒孔的外形及尺寸,对盘腔内压力损失、流动结构的影响。计算结果表明:管式减涡器对于降低引气气流的压力损失有显著作用,存在最佳的减涡管长度使得引气的压力损失最小;减涡管管径、鼓筒孔面积增大都会减少流动损失;在鼓筒孔面积一定的情况下,长圆形鼓筒孔的性能比圆形鼓筒孔的更优。