基于CFX的涡轮叶片流场及温度场的数值模拟

《基于CFX的涡轮叶片流场及温度场的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第32卷第5期2014年lO月中国民航大学学报JOURNALOFCIVILAVIATIONUNIVERSITYOFCHINAV01．32No．5October2014基于CFX的涡轮叶片流场及温度场的数值模拟曹惠玲，欧金平(中国民航大学航空工程学院，天津300300)摘要：涡轮叶片作为航空发动机重要的热端部件，其工作情况直接影响到涡轮的机械效率。利用流体计算软件CFX研究了涡轮叶片工作时的流场及温度场，并进行了较为CA．的分析，较真实地展现了叶片工作时的情况．为验证冷却方式的有效性及对涡轮叶片进行热一结构耦合计算奠定了基础。关键词：CFX；涡轮叶片；流场；温度场中图分类号：V23

2、5．13文献标志码：A文章编号：1674—5590{2014)05—0011-04NumericalsimulationofflowfieldandtemperaturefieldofturbinebladebasedonCFXCA0Hui—ling，OUJin-ping(co如伊ofAeronauticalEngineering，CAUC，Tianjin300300，China)Abstract：Turbinebladeisanimportanthotcomponentofaviationengine．Itsperformancedirectlyaffectsthemechan

3、icalefficiencyofturbine．Theflowfieldandtemperaturefieldofturbinebladearestudiedthrough3-Dnumericalsi—mulation．Theanalysisofnumericalresultsisclosetotheactualsituation．Itisveryusefultousemulti—physicscouplingcalculationinselectionofmoreeffectivecoolingmeansofturbinebladeinthefuture．Keywords：CF

4、X；turbineblade；flowfield；temperaturefield随着科学技术的发展，特别是计算机的进步，计算流体动力学(computationalfluiddynamics，CFD)在众多领域已经得到了广泛的应用。另外，由于高昂的实验费用，许多实验研究一般很难实现，这就使得采用计算机软件进行数值模拟成为进行科学研究的重要手段之一。涡轮叶片是航空发动机完成能量形式转换的关键部件，这就决定了其工作环境的极端高温性；再加上燃气的高速和叶片的高转速，由此造成了叶片的寿命短、可靠性差。由于提高涡轮人口温度是增加燃气轮机效率的常见手段之一，这更加重了涡轮叶片的工作负担。据美

5、国权威部门的统计，航空发动机中的故障有60％以上出现在高温部件，并有不断上升的趋势，中国的一些航空发动机高温部件的寿命只有几百小时，并且高温部件的材料费及加工费高昂，由此带来的经济损失十分严重【11。因此研究涡轮叶片工作时的温度场、流场以及所受应力的分布情况就显得十分重要。本文采用CFX研究涡轮叶片的流场及温度场的分布。以某型号航空发动机涡轮叶片叶身为例，利用CFX研究涡轮叶片工作过程中压力、温度分布情况。CFX是现今世界上十分优秀的CFD软件之一，系英国AEATechnology公司为处理工程实际问题而开发的第一个通过IS09001质量认证的商业软件。其前处理ICEMCFD模块

6、在生成网格时，可对边界层网格、剧烈变化的流场区域进行加密处理，极大地提高了数值模拟精度。1计算方法1．1建立叶片物理模型为了提高涡轮效率，涡轮叶片的表面形状通常设计成扭曲的变截面曲面，形状复杂[21。此外，其叶身截面外型所需的气动数据一般很难获得，叶高方向上叶身截面线的积叠尚未找到较好的解决办法。由于涡轮冷却叶片结构复杂，形式多样，很难直接建立其三维收稿日期：2013—07—12；修回Et期：2013—10—17基金项目：中国民航大学博士启动基金项目(QD02s04)作者简介：曹惠玲(1962一)，女，河北唐山人，教授，工学博士，研究方向为航空发动机性能分析与故障诊断．一12一中

7、国民航大学学报2014年10月参数化模型【3】。因此，本文利用三维建模软件catia建立其简化模型。叶片材料选用镍基难变形高温合金GH4049，密度P=8440kg／m3，定压比热容和导热系数如表1和表2所示。表1GH4049比热容Tab．1SpecificheatofGH4049表2GH4049导热系数Tab．2ThermMcouducfivityofGH4049由于材料随温度变化呈现非线性关系，将比热容和导热系数均拟合为温度的函数关系，即G=-5．4875+1．1969T一0