小型渦輪導(dǎo)向器葉片的流場計(jì)算與強(qiáng)度分析.pdf

1、渦輪葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)載荷和機(jī)械載荷等。提高渦輪入口溫度是提升發(fā)動(dòng)機(jī)推重比和熱效率的重要手段，目前燃?xì)鉁囟纫呀?jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了渦輪葉片材料的熔點(diǎn)溫度。為了保證葉片冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻效果和葉片的工作壽命，必須準(zhǔn)確的對葉片進(jìn)行氣熱耦合計(jì)算和強(qiáng)度分析。隨著 CFD技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)能夠準(zhǔn)確預(yù)測葉片溫度載荷和氣動(dòng)載荷，已經(jīng)成為渦輪葉片設(shè)計(jì)的重要工具。本文借助氣熱耦合和熱彈耦合計(jì)算方法，對渦輪葉片

2、流場特性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行研究。
　　對NASA-MarkII導(dǎo)向葉片模型進(jìn)行氣熱耦合數(shù)值計(jì)算和強(qiáng)度分析。葉片表面的轉(zhuǎn)捩流動(dòng)對傳熱有較大影響，4種不同湍流模型的計(jì)算特點(diǎn)以及對轉(zhuǎn)捩流動(dòng)的預(yù)測能力差異明顯。與3種全湍流模型相比，Transition k-kl-?轉(zhuǎn)捩模型對跨聲速流動(dòng)產(chǎn)生的激波具有較強(qiáng)的捕捉能力，對轉(zhuǎn)捩流動(dòng)中溫度場和壓力場的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。由葉片熱應(yīng)力分析結(jié)果可知，渦輪葉片溫度場的預(yù)測結(jié)果對熱應(yīng)力分布影響較為明顯。與

3、氣動(dòng)載荷應(yīng)力相比，熱應(yīng)力是影響葉片強(qiáng)度的主要因素。葉片氣熱耦合計(jì)算誤差過大會(huì)給葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度預(yù)估帶來較大偏差。
　　采用Transition k-kl-?轉(zhuǎn)捩模型，對某導(dǎo)向葉片進(jìn)行氣熱耦合流場計(jì)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(dǎo)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(huì)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(shí)的冷卻效果可知，提高冷卻氣體流量，有助于