【摘 要】
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随着航空工业的不断发展,航空发动机在不断地追求更高的推力和更低的油耗。发动机推力不断的提高,使得燃烧室出口的温度更高、流场不均匀性更加复杂,从而要求涡轮有更高的耐热性、更高的效率和更长的寿命。因此,需要深入研究涡轮进口流场不均匀性对叶片气动性能和叶片表面载荷分布的影响,寻找不均匀流场与涡轮之间的最佳匹配,从而对研发设计性能更高的涡轮提供重要的参考。论文以高压涡轮叶片C3X作为研究对象,探索进口流场
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随着航空工业的不断发展,航空发动机在不断地追求更高的推力和更低的油耗。发动机推力不断的提高,使得燃烧室出口的温度更高、流场不均匀性更加复杂,从而要求涡轮有更高的耐热性、更高的效率和更长的寿命。因此,需要深入研究涡轮进口流场不均匀性对叶片气动性能和叶片表面载荷分布的影响,寻找不均匀流场与涡轮之间的最佳匹配,从而对研发设计性能更高的涡轮提供重要的参考。论文以高压涡轮叶片C3X作为研究对象,探索进口流场的温度和速度不均匀分布对涡轮气动热的影响。论文采用了SST湍流模型和RANS湍流求解方法进行数值计算,分析工具为商用软件CFX。论文研究了进口“热斑-旋流”四种工况组合:热斑-正向旋流正对叶片前缘、热斑-正向旋流正对通道中心、热斑-反向旋流正对叶片前缘、热斑-反向旋流正对通道中心,并且在每种工况下研究了九种不同的“热斑-旋流半径之比”算例。分析了不同工况和不同“热斑-旋流半径比(RSH)”下的旋流对热斑在流场中的迁移、叶片表面温度和压力载荷系数的分布、总压损失系数和熵增系数的影响。研究表明,当叶栅来流存在“热斑-旋流”时,叶片表面的温度系数、压力系数和熵增系数随着RSH的增加而增加,总压损失系数随着RSH的增加而降低。“热斑-旋流”正对叶片前缘时,叶片的前缘和尾缘处会随着RSH值的增加产生局部高温载荷区域。“热斑-旋流”正对通道中心时,叶片表面的高温载荷区域在叶片尾缘的压力面侧。叶栅进口来流存在“热斑-旋流”时,对叶片表面压力系数的分布的影响,主要体现在由于旋流的影响使得叶片前缘处吸力面和压力面的压力大小分布不一样。
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