旋转盘腔复杂流动与轮缘封严 胡剑平 9787030779625 科学出版社 2024-06-01 普通图书/自然科学
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作者胡剑平
出版社科学出版社
ISBN9787030779625
出版时间2024-06
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目录
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丛书序
前言
第1章 发动机旋转盘腔与燃气入侵的诱因
1.1 航空发动机／燃气轮机在能源领域的作用 001
1.2 影响燃气轮机／航空发动机高温部件的关键因素 002
1.3 发动机空气系统的基本概念 004
1.4 空气系统盘腔流动与换热 006
1.4.1 简单盘腔流动基本流型与换热 007
1.4.2 涡轮盘缘燃气入侵的诱因及最小封严流量 012
1.4.3 涡轮盘腔实验研究进展 019
1.4.4 涡轮盘腔数值模拟研究进展 024
1.5 本书结构 028
参考文献 028
第2章 旋转盘腔流动特征与数值计算方法
2.1 引论 035
2.2 常见的旋转流动 035
2.2.1 海洋及大气环流 036
2.2.2 动力旋转机械 037
2.2.3 动压式分离器 038
2.3 旋转流动的基本特征 039
2.3.1 旋转坐标系中的惯性力项 039
2.3.2 柱坐标系与直角坐标系之间的转换关系 040
2.3.3 旋转流动的基本控制方程 040
2.4 旋转圆盘及简单盘腔的流动特性 041
2.4.1 旋转圆盘和简单盘腔的基本流动 043
2.4.2 旋转圆盘流动参数拟合关系式 046
2.4.3 简单盘腔流动参数拟合关系式 047
2.5 旋转圆盘及简单盘腔流动稳定性研究进展 050
2.5.1 经典流动稳定性理论 051
2.5.2 旋转圆盘的流动稳定性 053
2.5.3 简单盘腔的流动稳定性 056
2.6 计算流体力学工程数值计算方法 058
2.6.1 RANS模拟 058
2.6.2 LES模拟 059
2.6.3 DNS模拟 060
2.6.4 壁面湍流的近壁面处理方法 060
2.7 简单盘腔数值模拟方法研究 064
2.7.1 模型描述 064
2.7.2 网格及边界条件设置 065
2.7.3 模拟结果对比 066
2.8 涡轮盘腔数值模拟方法研究 069
2.8.1 涡轮盘腔实验台 069
2.8.2 计算模型网格及边界条件设置 072
2.8.3 模拟结果对比 075
2.9 小结 077
参考文献 077
第3章 经典模型旋转盘腔模型流动机理研究
3.1 引论 082
3.2 转转系盘腔内流动及换热机理 083
3.2.1 盘腔模型与无量纲参数 083
3.2.2 盘腔内的流动结构 086
3.2.3 盘腔内的换热 089
3.3 转静系盘腔流动 096
3.3.1 旋转系统中的流动形态和控制参数 097
3.3.2 转静系盘腔中边界层的流动不稳定性 100
3.3.3 转静系盘腔边界层向湍流的过渡 105
3.4 简单转静系盘腔流动机理数值计算 111
3.4.1 基于RANS／URANS的数值模拟方法 112
3.4.2 基于WMLES的数值模拟方法 117
3.4.3 简单转静系盘腔平均流动特性 120
3.4.4 简单转静系盘腔内的流动不稳定性 128
3.4.5 简单转静系盘腔湍动能分布特性 131
3.4.6 转盘转矩和静盘摩阻的非对称做功效应 134
3.5 小结 139
参考文献 141
第4章 横流盘腔流动机理研究
4.1 引论 147
4.2 数值模拟方法 147
4.2.1 计算模型及网格划分 147
4.2.2 边界条件设置 148
4.2.3 算例收敛判据 150
4.2.4 计算最小扇区选择 152
4.3 横流盘腔时均流动特性 155
4.3.1 流场整体分布特性 155
4.3.2 RANS、WMLES解析流场对比 157
4.4 盘腔与横流通道的传质特性 160
4.4.1 轮缘间隙Kelvin Helmholtz不稳定性的影响 161
4.4.2 封严流量对传质特性的影响 166
4.5 腔内大尺度流动结构 170
4.5.1 流动结构的分析方法 171
4.5.2 流动结构的动力学特性 172
4.6 小结 176
参考文献 177
第5章 外部复杂横流盘腔流动机理及燃气入侵后果评估
5.1 引论 178
5.2 涡轮主流流动特性 178
5.2.1 涡轮主流非定常流动结构 179
5.2.2 涡轮主流非均匀流动特性 181
5.3 涡轮主流对燃气入侵的影响 184
5.3.1 涡轮主流对入侵方式的影响 184
5.3.2 三维特性对轮缘流动的影响 188
5.3.3 封严流量对燃气入侵特性的影响 190
5.4 涡轮盘腔低维度理论模型研究进展 193
5.4.1 双孔模型 193
5.4.2 湍流输运模型 196
5.5 入侵燃气对盘腔内部流动特性的影响 200
5.5.1 入侵导致的盘腔端区非定常流动 200
5.5.2 入侵导致的盘腔径向分区 204
5.6 燃气入侵后果评估 206
5.6.1 入侵深度评估准则 207
5.6.2 静盘边界层封严效率关系式 209
5.7 小结 212
参考文献 214
第6章 不同轮缘封严结构的封严特性和流动机理
6.1 引论 215
6.2 简单轴向轮缘封严结构 215
6.2.1 非定常流动机理 217
6.2.2 重要参数对轮缘间隙处非定常流动特性的影响 227
6.2.3 重要参数对盘腔内流动特性的影响 233
6.3 单层轮缘封严结构 238
6.3.1 封严气流量对轮缘间隙处燃气入侵和封严特性的影响 239
6.3.2 封严气流量对盘腔内流动特性和封严效率的影响 244
6.4 鱼嘴式轮缘封严结构 246
6.4.1 封严气流量和转速对轮缘间隙燃气入侵的影响 248
6.4.2 封严气流量和转速对盘腔内封严效率和流场结构的影响 254
6.5 小结 261
参考文献 262
第7章 轮缘密封结构设计及燃气入侵抑制策略的探索
7.1 引论 263
7.2 基于高径位供气孔的轮缘封严结构 263
7.3 高位辅助供气孔应用在轴向封严结构上的研究 266
7.3.1 计算模型与边界条件 266
7.3.2 研究变量与计算工况 268
7.3.3 结论与分析 269
7.4 高位主要供气方式对单层封严结构的影响研究 284
7.4.1 计算模型与边界条件 284
7.4.2 供气孔的周向进气角度对轮缘密封的影响 288
7.4.3 供气孔的数目对轮缘密封的影响 298
7.5 小结 301
参考文献 302
内容摘要
盘缘封严是目前我国航空发动机与燃气轮机空气系统设计部分的薄弱环节，相比国外技术优选性以及可靠性都较低。申请者汇总5年来本人在航空发动机盘缘封严的相关研究，系统介绍以及分析了盘缘封严的流动与换热机制，从发动机状态、盘腔结构，定常与非定常等不同角度给出了盘缘封严与燃气入侵对应的相应流动规律。同时，以某一高压涡轮盘缘封严实际案例，分析实际的工程问题，并讨论盘缘封严的新技术。本书内容填补我国相关发动机专业在该研究方向的一个空缺。
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