● 摘要
发动机数值仿真作为航空发动机核心技术,是低成本、短周期研制先进水平航空发动机的重要环节和手段,在航空发动机的“预测设计”中占据着重要的地位。现阶段,需要一种过渡性的手段来解决发动机通流部分内的三维数值仿真的需求与计算资源不足之间的矛盾。为此,提出了数值缩放的技术。本文首先对几种常见的缩小数据维度和放大数据维度的方法进行了分析比较,然后在此基础上实现了燃烧室零维数值模拟与涡轮二维数值模拟耦合计算以及燃烧室三维冷态数值模拟与涡轮二维数值模拟的耦合计算。为最终实现燃烧室三维数值模拟与涡轮二维数值模拟或发动机整机零维数值模拟的耦合计算打下了基础。本文的主要内容如下: (1)分别以模型燃烧室和主燃烧室为研究对象,利用所设计的两种验证算法,对面积加权平均、质量加权平均和流量加权平均的缩小数据维度方法以及经验缩放、分析缩放的放大维数方法进行了比较研究,为燃烧室部件与相邻部件或整机进行变维度仿真提供了依据。(2)在上述研究的基础上,开发了燃烧室零维数值模拟与涡轮二维数值仿真耦合计算的程序,其中缩小数据维度分别使用质量加权平均和面积加权平均,放大维度采用经验缩放和分析缩放。就零维燃烧室与二维涡轮的耦合算法在四个设计点工况和二大类典型变工况条件下进行了验证,并进一步对几种数值缩放方法进行了比较。(3)利用所设计的耦合算法,成功的完成了燃烧室三维冷态数值模拟与涡轮二维数值模拟的耦合计算。
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