题目：高压涡轮转子与机匣流动换热特性及叶尖间隙的数值模拟

目前，先进航空发动机凭借其优秀的气动设计与试验方法，发动机涡轮效率可以达到90%以上，要想进一步提高涡轮效率，应着眼于降低发动机的各种损失。实践证明，高压涡轮叶尖间隙损失在各种损失中占有重要地位，虽然叶尖间隙只有毫米量级但却会对发动机的效率和性能产生很大的影响。因此，对发动机高压涡轮叶尖间隙的变化规律进行研究，提出一种有实际意义的间隙控制技术，对于延长发动机的使用寿命，提高发动机效率等方面具有深远的意义。首先，本文根据某型发动机的结构及相关参数建立包括高压涡轮盘、叶片及机匣在内的真实模型，采用CFX共轭传热的方法对计算域内流动及换热规律进行数值模拟，得到了不同叶尖间隙条件下涡轮盘、叶片及机匣的温度分布情况；然后采用ANSYS WORKBENCH软件，利用由CFX计算得到的温度场对各个部件进行变形计算，最后得出叶尖间隙的变化对部件的温度分布及变形影响不大。其次，以某型发动机工作过程中转速、高压涡轮前燃气及机匣冷气的气动参数随时间的变化规律为依据，计算模拟出发动机工作过程中叶尖间隙随时间的变化规律。结果表明，叶尖间隙在起飞到爬升的过渡阶段及开始反推力的时候达到最小值，而在巡航阶段维持在一个相对较大值。最后，在已有结论的基础上，模拟了同一机匣结构对控制冷气流量及温度等参数的变形响应情况，并研究了不同结构机匣的变形响应情况。结果表明，同一机匣结构对冷气温度变化的响应比流量变化的响应快，既控制机匣冷气温度的变化能够获得较大的机匣变形量。