不同形状气膜冷却孔附近定常和非定常流动的数值模拟

论文摘要

气膜冷却是当前高性能燃机和航空发动机热部件壁面冷却常用的一种技术。气膜冷却效果由各个冷却孔附近区域的流动特性所决定。本文以平板上的单个冷却孔为几何模型,采用CFD数值模拟的方法研究了在给定横向流速和吹风比的条件下,不同长宽比的矩形垂直射流孔附近区域的流场特性。在与实验数据很好吻合的条件下,分析了三维定常流动的流场结构。同时,本文对不同吹风比条件下的直孔和弯孔的流场结构进行了分析和对比,并对吹风比为1.5的弯孔射流进行了非定常研究。本文还研究了脉动射流对冷却孔出口附近流场的影响,在给定横向流速的条件下,针对三种不同的脉动射流速度分别对方形直孔和弯孔附近区域三维非定常流动的流场结构进行了分析。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 涡轮发动机性能的发展对冷却技术的挑战
• 1.2 气膜冷却的研究现状
• 1.3 叶片的气膜冷却
• 1.4 平板的气膜冷却
• 1.5 本文研究的目的意义和主要工作
• 第二章 网格生成技术及计算方法
• 2.1 控制方程
• 2.1.1 N-S 方程
• 2.1.2 时均法
• 2.1.3 雷诺应力项的处理方法
• 2.2 湍流模型
• 2.3 空间离散方法
• 2.3.1 对流项
• 2.3.2 粘性项
• 2.4 时间离散方法
• 2.5 网格生成技术
• 2.5.1 结构化网格
• 2.5.2 网格加密
• 2.5.3 边界条件
• 2.6 收敛加速技术
• 2.6.1 隐式残差光顺
• 2.6.2 多重网格技术
• 第三章 不同长宽比的矩形垂直冷却孔附近的流场分析
• 3.1 引言
• 3.2 研究模型和数值方法
• 3.2.1 计算域及计算网格
• 3.2.2 计算方法
• 3.2.3 边界条件
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 数值结果的确认
• 3.3.2 数值结果及分析
• 3.3.3 速度环量
• 3.3.3.1 理论分析
• 3.3.3.2 计算结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 不同吹风比条件下的方形截面冷却孔的流场分析－直孔与弯孔的对比
• 4.1 引言
• 4.2 研究模型和数值方法
• 4.3 结果及分析
• 4.3.1 吹风比为0.5 条件下直孔与弯孔的流场分析
• 4.3.2 吹风比为1.0 条件下直孔与弯孔的流场分析
• 4.3.3 吹风比为1.5 条件下直孔与弯孔的流场分析
• 4.3.3.1 吹风比为1.5 的弯孔非定常计算
• 4.3.3.2 吹风比为1.5 的直孔定常计算
• 4.3.4 当量环量和当量半径
• 4.4 本章小结
• 第五章 脉动冷却流对孔出口附近流场的影响及分析
• 5.1 引言
• 5.2 研究模型和数值方法
• 5.3 方形直孔脉动射流的非定常研究
• 5.3.1 时均吹风比为0.5 的计算结果
• 5.3.2 时均吹风比为1.0 的计算结果
• 5.3.3 时均吹风比为0 的计算结果
• 5.3.4 当量环量
• 5.4 方形弯孔脉动射流的非定常研究
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表论文和参加科研情况