为了研究入口气流旋流角对带支撑结构轴流排气扩压段气动性能的影响,以某型燃气轮机排气扩压段为研究对象,采用数值计算的方法,对单独排气段模型及排气段和涡轮末级动叶耦合模型分别进行数值模拟。采用总压保持系数和静压恢复系数作为衡量排气扩压段气动性能的主要参数。排气段单独模拟的结果显示,当旋流角从0°变化至-32°,总压保持系数下降4%,且在-20°以后开始呈现突然的快速下降趋势;而静压恢复系数先上升后降低,在-16°时达到最大值。另外,通过耦合模型与单独排气段模型的数值计算对比,发现当排气段入口旋流角和质量流量相同时,计算结果较为一致。以上结果说明,入口旋流角是影响排气扩压段流动性能的关键因素之一,进行排气段结构设计时要充分考虑旋流角对内部流动的影响。而且,单独排气段数值模拟在相同质量流量和旋流角度条件...

为了在涡轮叶片气动型线设计过程中同时提高气动效率并保证传热性能,提出了一种基于一维管道网络法和三维CFD的耦合计算方法,分别采用管网/三维耦合计算方法和全三维耦合计算方法对MARK-II冷却叶片多个工况进行计算,两种数值计算方法计算结果与实验数据交叉对比,以验证本文计算方法可行性。计算结果表明,两种数值计算得到的叶片型面压力、温度、换热系数和实验值都比较吻合,但管网/三维耦合计算得到的壁面温度相比全三维耦合计算结果整体略微偏低,最大偏差不超过3.89%。基于管网/三维耦合计算方法对某航空发动机涡轮第二级动叶叶片型线优化设计,气动效率提高0.34%,壁面平均温度几乎没有变化。

飞行器在超音速飞行时受到的气动加热效应给结构强度及热防护设计带来极大影响,且真实状态下的气动热环境需要考虑外流场与结构的耦合及内壁面边界条件的影响。采用S-A湍流模型求解Navier-Stokes方程,通过流场与固体壁面交界处的信息传递,实现外流场与结构场的耦合数值分析。针对三种不同翼型的超音速绕流气动加热进行耦合数值研究,对比翼型内壁面在不同热边界条件下的气动热效应。结果表明:不同翼型具有与气动力相似的气动热效应,内壁面考虑对流换热的边界条件最接近真实,考虑机翼燃油箱满油时,三维机翼前缘驻点处热流密度最高可达4200W/m^2。

为减少极端工况下因密封环摩擦磨损导致的疲劳断裂,保证马达的容积效率和可靠性。以法向正压力和剪切应力线性表示密封环摩擦力,并通过模态分析法和有限体积法分别研究系统多体动力学与缸孔内流体动力学,计算不同主轴转角、不同宽径比和弧面锥角下密封环的法向正压力和壁面剪切应力。研究结果表明:改变主轴转角引起的排量变化对摩擦力的影响较小;而密封环结构参数的变化影响明显,当宽径比小于0.3和弧面锥角小于1.8°时,摩擦力随宽径比和锥角增大而减小,在宽径比为0.3,弧面锥角为1.8°时摩擦力达到最小,最大缩减率分别为28%和25%;但当宽径比大于0.3和弧面锥角大于1.8°时,摩擦力随宽径比和锥角增大而增大;另剪切应力随着宽径比增大而增大;而受弧面锥角影响较小。研究结果为柱塞马达密封环减摩设计提供理论基础和依据。

浮空器工作过程中的温度场变化对其运行及控制等方面会产生重要影响。基于武汉市夏至日低空气象资料,运用计算流体力学软件Fluent及其提供的UDF接口,对浮空器内、外流场及温度场进行耦合计算。通过数值仿真得到浮空器蒙皮与内置氦气囊及内部气体的三维温度场。通过分析三维温度场变化情况,可知浮空器外部蒙皮材料局部温度受耦合传热影响变化明显,内部气体和内置氦气囊温度变化较小。

采用煤液化热高分液控阀的实际操作条件、工艺介质和结构特性，基于两相空化流动方程、Lagrangian固体颗粒控制方程和RNGk－ε湍流模型，开展空蚀和磨损的耦合计算。计算结果表明：在阀芯的出口处，由于流速降低导致的分离现象，会出现回流区和空化带；在阀芯和阀座的间隙处，由于局部压力降低至液相的饱和蒸汽压以下，阀芯壁面存在明显的空化区域，易发生空蚀；阀座的近壁面存在高速固体颗粒的团聚现象，易发生磨损。实际失效案例与数值计算的结果基本一致，验证了数值计算的可靠性。