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- 航空发动机空气系统与热分析耦合方法研究
- 作者： 郭晓杰 来源： 上海交通大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 空气系统 网络法 部件热分析 有限元法 流—热耦合
- 描述： 航空发动机空气系统，其主要功能是从压气机等位置抽取一定量的空气，用于热端部件的冷却、轴承腔封严、轴向力平衡、防冰等。而热端部件的热分析，其主要目的是获得部件的温度分布，评估空气系统作用效果，并且为部件强度计算提供分析基础。航空发动机空气系统计算与热端部件的热分析是在物理机理上耦合的。空气系统中冷却空气沿流程的温度、压力、流量变化，不仅与冷却通道结构相关，而且和所流经的各热端部件的壁面温度相关；而热端部件的温度分布既取决于固体部件的结构和导热状态，又与流体的流动特性相关，即两者之间存在耦合换热作用。但目前在工程设计中，空气系统计算和部件热分析两者是解耦分析的，根据经验人工估取流体温升，手工进行迭代计算。本论文中，空气系统采用稳态流体网络计算方法，热端部件温度场分析则采用二维有限元计算方法，结合ANSYS二次开发，获得部件温度分布；通过建立热分析边界和空气温升的计算过程，实现空气系统和热端部件之间的数据传递，建立空气系统和热分析之间的耦合计算方法，获得更加准确的空气系统和热分析结果。在此基础上，以VisualBasic6.0为开发工具，搭建空气系统与热分析的耦合计算平台。论文中，选取航空发动机典型结构高压涡轮机匣和涡轮盘及其前腔，作为算例进行耦合计算分析。静止系统—高压涡轮机匣耦合计算结果表明，流体温升和部件温度场分布在对流换热强烈的位置，变化较大；流体压力和流量受到温升影响的作用比较不明显。旋转系统—涡轮盘及其前腔的耦合计算结果表明，由于风阻效应和对流换热，流体温升、压力和流量都有较大的改变，部件温度场分布也发生改变，温度升高。基于航空发动机空气系统与热分析耦合方法，所建立的耦合计算平台，应用到实际工程设计中，对航空发动机设计工作起到了很好的作用。