● 摘要
现代航空发动机压气机内部的总温升高十分明显,而对压气机内部流场的传统数值模拟都是在绝热边界条件下进行的。为了模拟真实的压气机的工作环境,本文在非绝热机匣对压气机气动性能的影响方面进行了一些研究和探讨。
针对本文的机匣热传导模型提出了三种模拟方法,分别是二维有限差分方法、忽略平行于表面方向热流的一维简化模型和分离变量法,它们基于一些同样的假设。经过综合考虑计算复杂程度和精度两方面因素,作者认为一维简化模型在本问题的研究中更加恰当,选择了这种方法进行机匣温度场模拟。并将其与压气机内部流场的求解进行流热耦合计算,在单级转子NASA Rotor 37中进行了应用,并与绝热机匣条件的模拟结果以及实验数据进行了对比,结果表明考虑机匣热传导使得计算结果更接近实验,并且热传导带来的差异随着机匣外部规定的表面对流换热系数的增加而变得更加明显。另外,还以此转子作为验证算例分析了不同耦合方案的效果,提出了一种精度较高的方案。
本文最终在某型四级压气机的数值模拟中,应用了以上的模型和耦合方案,并与绝热机匣条件的模拟结果进行了对比,分析了非绝热机匣对多级压气机的影响。对比结果显示,机匣处的热传导使得前面级的出口参数分布变化,进而影响后面级的特性偏移,会带来多级压气机的级间匹配变化,从而影响到整台压气机的性能。
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