气冷涡轮叶片气动特性的流热耦合数值研究

1144766066 · 发表于 2022-4-14 12:24:23

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雅宝题库解析：
现代航空燃气涡轮发动机为了获得更高的推重比和热效率，不断提高涡轮入口温度，目前已经远远超过叶片材料的熔点温度，必须采用复杂的冷却技术来保持涡轮叶片的正常工作，准确预测涡轮叶片的温度场是提高冷却效率、延长叶片工作寿命的关键题目，随着计算流体力学的不断发展，流热耦合数值模拟技术已经成为航空发动机工程设计的重要工具，本文的主要工作就是对气冷涡轮叶片进行流热耦合数值模拟，并对进一步提高涡轮叶片流热耦合数值模拟的准确性和可靠性进行深入分析。论文对带有复杂冷却结构涡轮叶片的换热题目进行了计算研究。通过对外流场、叶片和内冷通道流场建立计算模型、进行耦合求解，得到了涡轮叶片温度场分布。在计算过程中叶片表面的热边界条件无法预先给出，需要由热量交换过程动态地加以决定，针对这一题目，本文采用了流热耦合方法加以解决。作为验证，采用流热耦合方法计算了一个算例，就是流体绕流前缘为钝形二维平板的换热，并与分析解进行比较，计算结果和分析解吻合很好。上面的验证说明了流热耦合方法与计算程序的可靠性和准确性，在此基础上，本文采用流热耦合方法对叶片进行了三维计算。分别计算了实心叶片、带内冷通道、带有气膜冷却三种形式，以及对其他降低叶片温度的方式进行了数值研究。在所有的计算中考虑了辐射的影响。通过以上的计算说明热流耦合方法求解涡轮叶片的耦合换热题目是可行的和有效的，为工程应用提供了有价值的参考。

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