高温部件冷却问题热-流-固耦合算法的计算研究

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1、西北工业天学硕士学位论文摘要涡轮叶片的冷却技术对提高航空发动机性能是至关重要的。而涡轮叶片的特点是外部受高温燃气的冲刷，内部通道通过从压气机引来的冷气进彳亍冷却。为了获得涡轮叶片的温度分布，通常的做法是将计算域分为固体区域和流体区域，对这两个区域分别进行计算，然后在固体和流体的交界面上进行耦合，这主要是因为流体和固体的控制方程是不同的。这种方法的缺点在于，由于外流、固体结构及内流的算法不同，实际上很难进行即时迭代，因此所获得的固体结构的温度场实际上是不尽真实可靠的。本文根据近年来CFD计算技术的发展，对这类问题采用热～流一固耦合的方法进行了研究。本论文建立了热一流一固耦合

2、的数学模型，对流体和固体建立了统一的控制方程组，并对方程组的离散。以ANSYS7．0为平台，建立上述热一流一固耦合模型的计算方法。论文对多种固体结构形式的不同边界条件进行了计算研究。计算结果及分析验证了这种耦合计算方法的可行性。由于所采用的结构及计算域近似涡轮叶片的冷却形式(主流加热，内流通道冷却)，因此这种方法经过进一步的改进，可用于涡轮叶片冷却的计算研究。关键字：热一流一固耦合数值计算温度流场主流冷却流西北工业大学硕士学位论文ABSTRACTThecoolingtechnologyoftheturbinebladeswasveryimportanttoimprovet

3、heefficiencyoftheaeroengine．Buttheouterwalloftheturbinebladesvcaswashedbvhi曲temperaturegas，theinternalpassagewascooledbycoolinggaswhichwasinducedfromthecompressoLInordertogetthetemperaturedistributionoftheturbineblades，theusuallymethodwastosimulateflowfieldsandtemperaturefieldsforsolidare

4、aandliquidarearespectively,thencoupledontheinterfaceofthesolidandliquid．ThiSwasmainlybecausethecontrolequationsweredifferentbetweenliquidandsolid．Fortheouterflow,solidstructureandinnerflOWoftheturbinebladeswerehandledwithdifferentmethod．itwashardtoiteratethethreefieldsintime．Basedonthedev

5、elopmentoftheCFDcomputationaltechnologyinrecentyears．111ispaperstudiedaboveproblemsusingheat-liquid—∞lidcouplingmethod．TheresearchestablishedthemathematicalmodelandbuiItunitivecontrolequationstoouterflow,solidstructureandinnerflowoftheturbineblades．ThePaDeralsodiscretedtheequationandbuilt

6、thearithmetictotheheat-liquid．solidcoupledmodel．ThethesiscalculatedmanyexamplesfordifferentboundaryconditionsanddifrerentsolidstructuresonANSYS7．0softplatform．nlecalculationvalidatedtheabovecouplingmethod．Inthispaper．Theconelusionofthispaperhasntilitymeaninginanalysisonturbinebladescoolin

7、gaftersomepropercorrectingofthegeometrystructureandboundaryconditions．Keywords：heat-flow-solidcoupled(coupling)temperatureflowfieldsnumericalcomputationmainflowcoolingflow西北工业大学硕士学位论文符号表计算模型坐标比热温度静压总压速度v在x,y，z轴上的投影热扩散率。k为导热系数气体粘性系数密度粘性作用项目紊流动能体积热源粘性热产生广义源项热流密度广义扩散系数