航空发动机涡轮机匣传热分析技术研究

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1、第38卷第2期航空发动机2012年4月Aeroengine航空发动机涡轮机匣传热分析技术研究佟轶杰，曲胜，刘国库(海军驻沈阳地区发动机专业军事代表室，沈阳110043)摘要：通过数值仿真和基础试验系统研究了涡轮机匣的传热特点，建立了高压涡轮机匣传热分析方法。总结机匣传热分析的主要技术环节，开展了机匣关键部位的CFD流动换热数值分析，给出了机匣表面换热分布规律，通过换热试验修正了机匣表面换热分析方法；通过机匣的过渡态温度分析，建立了涡轮机匣传热分析工程方法。关键词：涡轮机匣；传热；工程应用；数值仿真；试验；航空发动机HeatTransferAnalysisTechnolo

2、gyofAeroengineTurbineCasingTONGYi_jie，QUSheng，LIUGuo—ku(NavalAeroen~neConsumerRepresentativeOfficeinShenyang，Shenyang110043，China)佟轶杰(1979)，男，硕士，工程师，从Abstract：Theheattransfercharacteristicsofturbinecasingwassystematicallystudied事舰船燃气轮机、航空发动机的故障诊断、测试、维修与全寿命保障技术研究。bythenumericalsimulationa

3、ndbasictest，andtheanalysismethodofheattransferforthehishpressureturbinecasingwasbuilt．Themaintechnologyofcasingheattransferwas收稿日期：2012—02—23summarized，CDFflowandheattransferofcasingkeypanswasanalyzed，andthedistributionlawofcasingsurfaceheat—transferwasobtained．Theanalysismethodofcasings

4、Hr~aceheat—transferwascorrectedbytest，andthentheheattransferengineeringmethodofturbinecasingwasbuiltbycasingtransienttemperatureanalysis．Keywords：turbinecasing；heattransfer；engineeringapplication；numericalsimulation；test；aeroengine0引言：1技术环节分析航空发动机涡轮机匣传热分析一直是热分析中以某航空发动机高压涡轮机匣为例进行机匣传的1个难点，

5、究其原因主要是流动换热分析难度较热分析。高压涡轮机匣的流动传热分析是1个比较复杂的过程，其影响因素较多，而其本质属于流体动力大。由于机匣结构复杂，流动换热模型很难通过1维与热交换理论与发动机部件结构的结合。流动特性是的典型准则经验公式来模拟，而且设计中现有的用于对发动机内部二次流空气的流动状况(包括流量压力机匣模型的换热经验准则仅有3～4种，大大增加了温度等因素)进行设计研究，而换热特性是对发动机准确预估机匣温度的难度；且对机匣传热分析很难采主要零部件的表面和气流热交换的原理进行研究。流用统一的计算方法，国外现有的机匣结构流动或换热动换热的核心问题是对流场的求解，目前N

6、—s方程的计算方法都是针对某具体结构建立的。国内外开展的准确求解仍然是1个世界性的难题，必须通过试验机匣的传热研究相对较少，且多集中在基础研究上，来弥补理论解的不足。针对工程应用的研究更少。本文研究目的在于建立涡轮机匣的传热分析方本文从工程应用的角度出发，对机匣的传热分析法，其思路为：以1维流动换热经验公式分析为基础，开展了CFD数值计算和换热试验研究，以数值分析局部深化开展3维数值仿真获得流动换热规律，开展和试验为基础获得了机匣的流动换热规律，总结完善基础试验对换热特性进行局部验证，修正传热计算方机匣的换热特性模型，开展机匣温度预估，提高了温法，总结出机匣的传热工程计

7、算方法，最终有待发动度分析精度，为完善机匣设计奠定基础。机整机试车的温度测试验证。28航空发动机第38卷了解高压涡轮机匣以及主动间隙控制系统的结分析计算。引入CFD的数值分析来研究机匣复杂结构形式和特点，掌握其影响流动传热的关键因素，为构的换热情况，将CFD的结果转化为程可用的分流动和传热分析模型的建立奠定基础。结合整个二次析方法，从而提高换热计算的准确度。同时，对机开流空气系统设计开展1维分析获得机匣的初步气体展换热试验研究，以对数值仿真获得的换热特性进行流动环境。根据发动机实际结构及流动情况，针对每修正完善，最终根据试验和计算的验证分