题目：低雷诺数对涡轮流动及换热性能影响的数值模拟分析

随着现代航空工业的发展和战争信息化程度的加强，高空无人侦察机越来越受到重视。美国的“全球鹰”已经应用到了实战中，突显出了无人侦察机的优势，近些年来各国纷纷展开了对高空无人侦察机的研制。由于高空无人侦察机一般是在18km以上的高空条件下飞行，而且巡航时速度较低，空气密度小，加之发动机尺寸较小，因此发动机内部流动雷诺数很低。在低雷诺数条件下，由于高、低压涡轮表面的附面层容易分离，会导致涡轮效率的降低。同时，低雷诺数有可能导致边界层流态发生改变，从而影响叶片的换热性能。因此，要在高空条件下防止涡轮效率降低过快，同时保证良好的涡轮冷却效果，必须弄清高空低雷诺数条件下涡轮内部的详细流动机理。本文首先利用已有的实验数据对NUMECA数值模拟软件进行了校核，结果表明在设计点附近，NUMECA软件的模拟精度能够满足工程要求。在此基础上，本文利用该软件计算了某涡轮在不同雷诺数条件下的特性。数值模拟结果表明雷诺数降低对于高压涡轮流动及性能的影响并不大，但是对低压涡轮，在低雷诺数下动叶表面出现开放式大分离，导致涡轮效率迅速下降。然后，本文又利用CFX软件对MarkⅡ和C3X叶片进行了流热耦合数值模拟。在三维数值模拟之前，首先对MarkⅡ叶型进行了二维数值模拟，分析了流热耦合结果对于湍流模型、湍流特征尺度、壁面粗糙度等参数的敏感度，确定了在流热耦合数值模拟时的参数设置。然后本文对MarkⅡ和C3X叶型进行了不同雷诺数条件下的三维数值模拟，对比分析了雷诺数降低对于叶片温度场的影响。结果表明：雷诺数降低后，叶片的温度场发生了明显的变化，叶片表面沿流向的温度梯度减小，沿径向的温度梯度增大，叶片内部的温度梯度也减小。