盘腔流动对涡轮流动换热的影响

对某涡喷发动机涡轮部件进行三维气热耦合数值模拟计算,研究涡轮盘腔内二次空气对主流流动与换热的影响,同时研究了冷气流量对燃气入侵的影响．结果表明：叶尖间隙流动及叶根端壁二次空气射流均对流动结构及局部换热系数分布产生较大影响;当冷气流量系数低于自由盘的流量系数时,就会发生燃气入侵现象,冷气流量越小,燃气入侵现象越严重．     

机匣附面层对涡轮转子叶顶流动及换热的影响

以GE-E3型燃气涡轮发动机第1级高压涡轮转子为对象,通过改变进口段长度、机匣的壁面条件以及叶顶间隙的高度,调节二次流与泄漏流之间的强弱关系,分析了机匣附面层对叶顶区域气流流动和叶顶壁面换热特性的影响,并研究了叶顶边缘的倒圆处理对叶顶气流流动和壁面换热的影响.结果表明:泄漏流与二次流的相互作用,导致叶顶头部吸力面侧产生了高换热系数区域;减少二次流或增加泄漏流,均可使得叶顶头部吸力面侧的高换热系数区域减小,压力面侧的高换热系数区域增大.     

航空发动机对转涡轮气动设计技术研究进展

 随着航空工业的发展,民用或者军用飞行器都对航空发动机要求越来越高,对转涡轮由于其气动布局上的优势能成为未来航空发动机的关键技术之一。本文通过对国内外文献的调研,结合课题组多年研究工作,分析了对转涡轮内部的特征,并从对转涡轮速度三角形参数分析和气动设计准则、内部复杂流动机制、激波组织技术和收扩叶型造型方法等方面对其研究进展进行了论述;在此基础上考虑加工工艺、结构强度、传热冷却等多学科耦合因素,探讨了转涡轮技术在工程应用中面临的挑战及可能的解决方向,展望了转涡轮技术的发展趋势。     

航空发动机科学技术的发展与创新

航空发动机是"飞机的心脏",是实现人类飞行梦想的关键.回顾了发动机技术进步与飞机的发明、喷气式发动机的问世、航空动力领域的持续创新等内容,介绍了高超声速强预冷涡轮发动机、自适应变循环发动机、民用大涵道比发动机、混合电推进技术的发展现状和发展趋势,探讨了国外航空发动机发展的主要经验和重要举措.     

涡轮导向叶片热冲击双向耦合数值研究

航空发动机涡轮导向叶片热冲击过程是一个典型的固体变形场、温度场和流场三场耦合作用问题,工况复杂。基于流固热耦合理论,求解一维平板模型热弹性解析解;并进行数值模拟和对比分析,验证了双向耦合方法的有效性。应用建立的双向耦合方法对某涡轮导向叶片热冲击过程进行数值模拟,得到了涡轮导向叶片表面温度及热应力分布规律。研究表明,提出的双向耦合方法可以有效地预测涡轮导向叶片的温度及应力分布规律,计算温度与试验误差小于5%;应力集中处与试验中叶片破坏区域一致。研究对航空发动机涡轮叶片热冲击过程数值模拟提供了有效方法。     

大子午扩张涡轮的过渡段分离控制设计

在现代高性能的航空涡扇发动机设计中,为了提高经济性,采用较大涵道比,导致风扇高度增加较大,高低压涡轮转速差距较大,高低压过渡段采用大子午扩张型线结构,给低压涡轮及过渡段气动设计带来较大的困难.针对此类涡轮设计要求的特点,采用了两种设计方式对原型进行改型,并对两种改型方案进行了数值模拟,从而研究如何控制此类低压涡轮过渡段分离,提高其气动性能.研究表明,采用两种方法都能够有效的改善流动和降低损失,相比之下,前掠宽弦方案更佳.     

航空活塞发动机高空模拟试验台温度系统研究

在航空活塞发动机高空模拟试验中,模拟温度低、温度范围跨度大,高空模拟试验台（简称高空台）上应用了空气制冷和电加热两种调温措施,控制难度较大。将模拟温度划分为高温、常温、低温三个温度段,分别应用三种不同的调节方式进行温度控制;在系统数学建模和温度变化动态特性分析基础上,对高空台温度系统的调节过程进行了仿真研究,结果表明该方法能够满足温度的调节速度和控制精度要求。为了满足带涡轮增压器的航空活塞发动机对进气温度的要求,建立了涡轮增压器与中冷器之间的数学换热关系,以稳态时的发动机进气温度为例进行了仿真计算,结果与     

引气风斗流动特性数值模拟研究

引气风斗是航空发动机高压涡轮主动间隙控制系统中的重要零件,其流动特性将对发动机性能产生影响,为此采用数值模拟方法对引气风斗流动特征和损失机理进行研究。结果表明：在进口马赫数0.46工况下,主流的流动先减速后变化平稳;气流在引气风斗第一转弯处上、下壁面附近出现流动分离,并诱发对涡的形成,导致出口截面流场的不均匀性;引气风斗壁面型线曲率及截面积的变化对引气管道内流场结构影响显著,下壁面第一转弯处的剧烈偏转是引起流动分离及损失的主要来源,出口截面总压恢复系数按质量平均为0.967。     

涡轮叶片参数化结构设计平台的开发

针对航空发动机涡轮叶片的结构特点,提出一种UG(Unigraphics NX)混合参数化建模生成涡轮叶片的方法.利用UG提供的4种二次开发工具及VC++程序设计语言,在UG环境下,完成涡轮叶片参数化结构设计平台的开发,并给出应用实例.     

引气风斗流动特性数值模拟

引气风斗是航空发动机高压涡轮主动间隙控制系统中的重要零件,其流动特性将对发动机性能产生影响,为此采用数值模拟方法对引气风斗流动特征和损失机理进行研究。结果表明:在进口马赫数0.46工况下,主流的流动先减速后变化平稳;气流在引气风斗第一转弯处上、下壁面附近出现流动分离,并诱发对涡的形成,导致出口截面流场的不均匀性;引气风斗壁面型线曲率及截面积的变化对引气管道内流场结构影响显著,下壁面第一转弯处的剧烈偏转是引起流动分离及损失的主要来源,出口截面总压恢复系数按质量平均为0.967。     

静叶时序对高压涡轮性能影响的数值研究

现代航空工业的快速发展,要求不断地提高航空发动机的性能。涡轮作为航空发动机三大核心部件之一,其气动性能的改善对整个航空发动机的性能提高起着至关重要的作用。基于这一背景,通过对某1+1/2级静/动/静布局的涡轮叶片进行数值模拟,改变第二级静叶周向位置,研究时序效应对涡轮性能的影响。发现时序效应对涡轮上游流场影响微乎其微,对涡轮进口流量和落压比的影响不大,主要影响到涡轮效率。从而说明,在叶片设计初级阶段,可以通过时序效应,调整叶片周向位置,改善涡轮性能。     

旋转爆震发动机与涡轮机的集成

旋转爆震发动机为自增压燃烧的前沿领域,具有热效率高、结构简单、易于组装、不需要机械驱动等优点,其排气可驱动涡轮机,使其成为极具应用前景的新型动力。旋转爆震发动机与涡轮机的集成非常复杂,结合国内外旋转爆震发动机的研究现状和发展趋势,分析和整理了旋转爆震发动机与涡轮机耦合的特点、面临的技术问题以及现阶段所采用的技术方法,并提出未来的研究方向。     

交错肋结构涡轮叶片内部冷却通道的流动换热特性研究

利用数值模拟方法研究了交错肋结构涡轮叶片内部冷却通道的流动换热特性,分析了交错肋冷却通道的流动换热机理。交错肋结构在明显提高通道冷却性能的同时也带来了较大的流动损失,随着肋倾角、肋宽的增大,通道的换热能力增强,阻力损失增大;随着肋间距的增大通道的换热能力降低,阻力损失减小。利用瞬态液晶实验技术对交错肋冷却通道进行实验研究,进一步分析了交错肋冷却通道的流动换热机理,并验证了所采用的数值模拟方法是可行的。     

非定常水斗表面自由水膜的流动机理

冲击式水轮机水斗内非定常自由水膜的流动非常复杂,至今还没有足够精确的数值方法来模拟这种流动．文中分析了非定常水膜流的流动机理,根据N-S方程推导出了水斗表面流体粒子在转动坐标系中的相对运动控制微分方程,依据控制微分方程编写出了数值解析软件并对水斗内的水膜流动进行了数值模拟,定量地得到了某模型水轮机水斗内部流动的速度场、能量场．对比一系列水膜流态分布,数值解析得到的结果与试验观测结果基本相吻合,最优工况下的水力效率与模型试验数据的误差为0．33％．     

水平管降膜换热器性能规律研究进展

水平管降膜换热器具有热质传递效率高、阻力小、结构简单等优点，被广泛应用于化工等传统领域及能源利用的节能减排领域。降膜换热器内部发生复杂的流动及传热传质相互耦合过程。介绍了实验及模拟研究手段的进展，综述了不同操作参数（气体温度、流向及流量，溶液流量、温度及浓度，内部媒介流量及温度等）与结构参数（管径、管间距等）对水平管降膜管间流型、液膜厚度与润湿性等流动特性的影响规律，以及对蒸发传热特性、吸收传热传质特性等换热器性能的影响规律，包括整体性能和局部微细特征，为水平管降膜换热器的性能优化提供理论支撑。指出在不同气流特征以及多因素相互作用下多维度的局部流动与传热传质性能的耦合影响规律以及强化换热手段会是水平管降膜换热器未来研究的重点方向。     

涡轮气冷叶片高温环境下的结构强度分析软件开发

涡轮是燃气涡轮发动机中的重要部件,燃气轮机性能的提高需要涡轮进口温度也不断提高。涡轮进口温度的增加要考虑叶片材料的耐温程度,同时必须限制叶片内部温度水平和温度应力,即涡轮叶片需气冷降温,因此涡轮叶片温度场和应力场计算具有重要意义。三维涡轮叶片的换热流动数值计算非常复杂,设计单位在初步设计阶段往往需要从二维叶片开始设计,进而完成三维叶片的数值计算工作。针对上述需求开发了一套完整的二维涡轮气冷叶片的热应力有限元计算程序,满足了叶片初步设计时对换热和热应力计算的需求,并将计算结果与国外商业软件ANSYS进行了对比,证明本研究开发的软件是有效的。     

液晶热像测量精度分析及其在湍流传热研究中的应用

通过开展液晶热像校准实验研究,分析了各测量参数对液晶热像测量精度的影响,得到了提高测量精度的有效方法,并对液晶热像技术应用于湍流传热研究进行了分析和讨论.实验结果表明,采用液晶图像滤波技术、控制液晶涂层厚度（>20 μm）、减小光源照射角度以及提高液晶涂层的喷涂质量都有利于提高液晶热像的测量精度.最后,介绍了稳态和瞬态液晶热像技术在航空发动机透平叶片湍流对流冷却中的应用.
     

小型大涵道比涡扇发动机起动过程仿真研究

航空发动机的成功起动是其顺利进入正常工作状态的前提。为研究某小型大涵道比涡扇发动机在不同环境条件下的起动特性,在获得该发动机部件高转速特性的基础上,发展各部件的低转速起动特性,建立了小型大涵道比涡扇发动机起动数学模型。然后利用起动数学模型编写相应的程序进行数值模拟,并将模拟结果与试验台数据进行对比,结果表明所建立起动模型能较为准确的模拟小型大涵道比涡扇发动机的起动过程。最后,利用已建立的起动模型研究了小型大涵道比涡扇发动机起动特性的影响因素。     

天然气液烃输送管道非平衡汽液相变及两相流动研究进展

天然气液烃(NGL)的主要成分是乙烷、丙烷、丁烷等低碳烷烃。在压力瞬变工况下,储运设备中的NGL汽液相变过程很难在瞬间达到热力学平衡状态,由此引发非平衡、非稳态的汽液两相流动。综述了NGL非平衡汽液相变机理及传热传质速率计算方法、非平衡汽液两相管流数学模型与数值模拟方法的研究进展。指出应着重开展以下三方面的研究:第一是采用实验和理论相结合的方法,探究NGL非平衡汽液相变的微观机理,建立汽液相间非稳态传热传质模型;第二是考虑非稳态传热传质过程与管道压力、温度、流速等参数之间的耦合作用,基于流体力学理论和非平衡态热力学理论,建立伴随非平衡汽液相变的NGL输送管道两相流动数学模型,研究模型的数值求解方法;第三是开发NGL输送管道仿真软件,揭示NGL汽液两相管流参数变化规律,为NGL输送管道的设计、运行和管理提供理论和技术支撑。