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非定常尾迹对气膜冷却影响的数值研究

作　者: 王成荫
导　师: 郭婷婷
学　校: 东北电力大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 气膜冷却数值模拟非定常尾迹动静叶干涉冷却效率
分类号: V231.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着国内外航空航天技术和相关领域的不断发展与进步,原先建立在相对简单的定常流动假设下的研究方法和设计手段已不能满足对叶轮机械更高性能指标的要求,因此,对叶轮机械中非定常问题的研究逐渐成为引人瞩目的课题。本文采用SST k-ω紊流模型,基于SIMPLE算法,结合有限体积法对控制方程进行离散。首先对无射流孔情况下非定常尾迹对动叶栅的影响进行了数值模拟。对动叶500rpm,1000rpm和2000rpm条件下的不同截面,以及2000rpm工况下一个周期内不同时刻的温度等值线图进行分析。计算出不同截面涡量随时间发展变化的过程,并对各种涡系的流动机理进行了分析。结果表明:动叶栅内温度随着动叶转速的增加而增加,而温度随叶片高度的变化几乎可以忽略不计,当尾迹扫过的频率增加,尾迹带来的湍流强度,抑制了分离区的的分离,进而抑制了动叶尾迹的脱落。动叶前缘区域内,涡旋脱落呈现明显的周期性;动叶尾缘区域内,涡的脱落随时间变化虽然仍有周期性变化的趋势,但已经不再具有严格的周期性。其次本文采用数值模拟的方法研究了旋转叶片前缘射流运动轨迹和冷却效率随转速与射流比变化的规律以及非定常尾迹对冷却效率的影响。结果表明:从叶片前缘布置的冷气孔出流的冷气流由于旋转叶片周向速度的影响,在流经叶片前缘后迅速脱离叶片壁面,与主流充分掺混,对叶片失去保护效果;在相同射流比条件下,高转速使得叶片前缘形成连续气膜覆盖,而在相同旋转速度条件下,高射流比使得叶片前缘形成连续气膜覆盖,可对叶片形成较好的气膜冷却效果。非定常尾迹作用于压力面气膜孔周围时,会改变气膜孔周围冷却效率,而对处于吸力面的冷却射流影响较小。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-14
第1章绪论  14-22
  1.1 课题的研究背景和意义  14-16
    1.1.1 课题研究的背景  14-16
    1.1.2 课题研究的意义  16
  1.2 气膜冷却的国内外研究现状  16-20
  1.3 课题的主要研究内容  20-22
第2章数值计算方法与模型  22-33
  2.1 基本控制方程  22-25
    2.1.1 通用控制方程  22
    2.1.2 旋转工况流动与换热基本理论  22-25
  2.2 紊流模型  25-29
    2.2.1 标准k-ω算法  25-26
    2.2.2 SST k-ω算法  26-29
  2.3 计算方法  29-33
    2.3.1 SIMPLE 算法  29-30
    2.3.2 有限容积法  30-31
    2.3.3 二阶迎风格式  31
    2.3.4 松弛技术  31-32
    2.3.5 计算的收敛  32-33
第3章非定常尾迹对下游动叶影响的数值研究  33-46
  3.1 计算方法与几何模型  33-35
    3.1.1 叶片的几何尺寸  33-34
    3.1.2 叶栅通道几何模型  34
    3.1.3 计算方法  34-35
    3.1.4 网格划分  35
  3.2 边界条件  35-36
  3.3 数值模拟的结果与分析  36-44
    3.3.1 不同叶高截面温度等值线分析  36-44
  3.4 本章小结  44-46
第4章非定常尾迹作用下气膜冷却的数值研究  46-58
  4.1 计算模型  46-49
    4.1.1 动叶前缘气膜孔几何位置与尺寸  46-47
    4.1.2 叶栅通道几何模型  47-48
    4.1.3 边界条件  48
    4.1.4 网格划分  48-49
  4.2 旋转叶片表面数值分析  49-53
    4.2.1 旋转叶片气膜冷却流线分析  49-53
  4.3 动静干涉对涡轮流场影响的非定常数值模拟  53-56
  4.4 本章小结  56-58
结论  58-60
参考文献  60-64
攻读硕士期间取得的成果及发表的论文  64-65
致谢  65

非定常尾迹对气膜冷却影响的数值研究

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