涡轮机匣壁面换热特性的数值计算

《涡轮机匣壁面换热特性的数值计算》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1卷第4期20lO年11月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICAI．SCIENCEANDENGINEERINGV01．1No．4Nov．2010文章编号：1674—8190(2010)04‘384一06涡轮机匣壁面换热特性的数值计算杜小琴，朱惠人，张宗卫，李中洲(西北工业大学动力与能源学院．西安710072，摘要：为了研究涡轮机匣的换热特性。采用分段计算技术，各段连接为耦合连接。对某型涡轮机匣模型进行数值模拟，减小了计算复杂结构的难度，详细分析了机匣流动区域的流动特性和壁面的换热特性。结

2、果表明：孔出流对壁面有很强的冲击作用。导致冲击区擘面换热系数很大；腔内气流流动情况复杂，具有复杂的漩涡结构；气流涡作用于壁面，增强壁面局部换热，换热系数增大；计算结果与实验结果吻合很好，定性地反映了机匣的流动和换热特性。关键词：涡轮机匣；数值模拟f气流涡；冲击；换热系数中图分类号：V231．1文献标识码：ANumericalStudyontheHeatTransferCharacteristicsofTurbineC嬲ingDuXiaoqin，ZhuHuiren．ZhangZongwei，LiZhongz

3、hou(SchoolofEngineandEnergy，NorthwesternPoIytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstmct：Numericalsimulationiscarriedoutwithsub-calculatingtechnologyandcouplingcakulationforacer—taintypeofturbinecasing，sothatthecomputationaldifficultiesofcomplexstructure

4、aredecreased，andtheflowfieldandheattransf毫rcharacte—stjcsafeanah，zedindetail．ResultsshowthatthenowfromholeshasastrongimpactonthewaU，whichresultsintheheattransfercoefficientsbeingveryIargeintheimpingementregion；airflawsituationiscomplicated谢thacomplexvonex

5、structureintheca访ty；thevonexcanenhancethelocalheattranSfer，andtheh越h朗ttramfer∞efficientsbeconlelarger；thecalculatedr鹳ultsarein900dagreemem、^riththeexperimentalresultsandrenectqualitativelythenowandheat-tr挪ferchamcteristicsinturbinecasing．Keywords：turbinec

6、asing；numericaIsimuIation；vortex；impingement；heattransfercoefficientO引言提高涡轮进口温度是改善航空发动机的性能和经济性要求的最为有效措施，为了满足材料耐热性能和发动机结构强度的要求，必须采取大量的冷却措施。目前已有大量的关于涡轮叶片冷却换热方面的研究，比如国外Funazaki等人[1‘51对涡轮叶片的内外部冷却及翼型前缘冷却通道的冲击换热进行了大量的研究和分析，以及国内郁新华、全栋梁、陶智、孔满昭等人[6-9]系统性地研究了传统式的层板

7、整体冷却和流阻等特性。涡轮机匣作为发动机承力系统的重要构件，对其换热的研究也尤为重收稿日期：2010_04．26I修回日期：2010一09—01通信作者：杜小琴，dxq0921@163．com要。周序[1叩分析了简化的二维和三维低压涡轮机匣模型，给出机匣外表面及内部的温度分布、表面换热系数等参数，为计算低压涡轮机匣的热变形提供了条件。在对机匣内部流动和换热影响可以忽略的情况下，本文对涡轮机匣模型进行了一定简化，采用分段计算技术，预测了在给定流量情况下涡轮机匣壁面的换热系数分布规律，为实验分析机匣换热规律及

8、其热变形研究提供了参考。1数值计算方法1．1计算方法本文机匣模型非常复杂，若作为整体进行模拟，不但网格划分很难，计算量很大，一般的计算机都很难满足要求，而且结果往往也难于收敛。为此，将模型剖分为三段分别进行模拟，同时为了减第4期杜小琴等：涡轮机匣壁面换热特性的数值计算小截面积对气流流量分布的影响，在小截面处剖分，而且各段之间采用耦合计算进行连接，如图1所示。具体做法是：后一段的入口并不是前一段的出口，而是嵌在其内部。计算时首先