小型渦輪導向器葉片的流場計算與強度分析.pdf

1、渦輪葉片是航空發(fā)動機的重要零部件，在工作中承受著較大的循環(huán)溫度載荷、氣動載荷和機械載荷等。提高渦輪入口溫度是提升發(fā)動機推重比和熱效率的重要手段，目前燃氣溫度已經(jīng)遠遠超過了渦輪葉片材料的熔點溫度。為了保證葉片冷卻結構的冷卻效果和葉片的工作壽命，必須準確的對葉片進行氣熱耦合計算和強度分析。隨著 CFD技術的迅速發(fā)展，數(shù)值模擬技術能夠準確預測葉片溫度載荷和氣動載荷，已經(jīng)成為渦輪葉片設計的重要工具。本文借助氣熱耦合和熱彈耦合計算方法，對渦輪葉片

2、流場特性和結構強度進行研究。
　　對NASA-MarkII導向葉片模型進行氣熱耦合數(shù)值計算和強度分析。葉片表面的轉捩流動對傳熱有較大影響，4種不同湍流模型的計算特點以及對轉捩流動的預測能力差異明顯。與3種全湍流模型相比，Transition k-kl-?轉捩模型對跨聲速流動產(chǎn)生的激波具有較強的捕捉能力，對轉捩流動中溫度場和壓力場的計算與實驗結果吻合較好。由葉片熱應力分析結果可知，渦輪葉片溫度場的預測結果對熱應力分布影響較為明顯。與

3、氣動載荷應力相比，熱應力是影響葉片強度的主要因素。葉片氣熱耦合計算誤差過大會給葉片結構強度預估帶來較大偏差。
　　采用Transition k-kl-?轉捩模型，對某導向葉片進行氣熱耦合流場計算，分析速度場、壓力場和溫度場等三維流場數(shù)據(jù)。來流湍流度是影響導向葉片冷卻效果的重要因素，來流湍流度影響壁面換熱。湍流度的增大會降低葉片冷卻效果，在層流區(qū)和過渡區(qū)表現(xiàn)更為明顯。通過分析不同冷卻氣體流量時的冷卻效果可知，提高冷卻氣體流量，有助于