2-07 航发热固耦合分析
发动机流固耦合分析
活塞有限元模型
有限元网格用HYPERMESH软件结合CFD软件完成,首先用 HYPERMESH软件完成TOP网格,然后用CFD软件最终完成六面体 网格,网格数大约为14万,节点数约为16万。边界条件用PATRAN软 件处理,最后用ABAQUS来求解温度场和热应力。
边界条件的处理
活塞顶面的边界条件由燃烧计算所得,下图为由燃烧计算结果映 射到有限元网格上而得到的活塞顶面的对流换热系数和温度,其余各 面对流换热系数和温度由经验公式计算而得
有限元模型
风扇护圈原型方案1
风扇护圈原型方案2
风扇护圈改进方案1有限元模型 (在原型方案2基础上焊接点上移)
风扇护圈改进方案2有限元模型 (在改进方案1基础上改变安装板I)
风扇护圈改进方案3有限元模型 (在改进方案1基础上加长护圈宽度)
风扇护圈改进方案4有限元模型 (在改进方案3基础上增加滚筋)
水套计算模型和边界条件
用CFD软件进行水套计算,网格数约为 280万,进口给定流量和温度,出口给定 压力梯度为零的边界条件,其余给定壁面 边界条件,湍流模型采用k-ε模型,壁面 规律采用标准壁面函数。
水套计算网格
排气岐管内流场瞬态计算模型
用CFD软件进行排气岐管内流场计算,网格 数约为30万,进口给定流量和温度,出口 给定压力,其余给定壁面边界条件,进出口 边界条件由AVL BOOST软件得到,湍流模 型采用k-ε模型,壁面规律采用标准壁面函 数。
77.72 90.74 101.92 112.66 152.57 161.32
改进方 案3 21.89 29.58 30.53 39.94 59.05 61.34
73.99 84.23 97.81 104.58 142.24 154.65
航空发动机石墨圆周密封流固热多场耦合分析研究
航空发动机石墨圆周密封流固热多场耦合分析研究近年来,随着航空业的飞速发展,航空发动机作为航空器的“心脏”,在航空器性能和安全保障中起着至关重要的作用。
航空发动机石墨圆周密封流固热多场耦合分析研究,是针对航空发动机中的关键问题,通过多场耦合分析方法进行探索和研究。
本文旨在对该课题进行深入探讨。
一、石墨圆周密封的作用和特点石墨圆周密封作为航空发动机关键部件之一,其作用是防止流体泄漏,确保发动机内部气密性和工作效率。
石墨圆周密封具有良好的密封性能和耐高温性能,能够适应航空发动机复杂的工作环境。
二、流固热多场耦合分析的意义航空发动机工作过程中,石墨圆周密封受到来自流体、固体和热量等多个场的耦合作用。
通过流固热多场耦合分析,可以全面了解石墨圆周密封在复杂工况下的工作状态和性能响应,为优化设计和提高性能提供科学依据。
三、流固热多场耦合分析方法1. 流场分析:对发动机内部流体流动进行模拟和分析,包括速度场、压力场、温度场等,通过建立Navier-Stokes方程和湍流模型等进行数值模拟。
2. 固体力学分析:对石墨圆周密封的结构和变形进行分析,研究其受力情况和振动响应。
采用有限元法进行模拟,考虑密封元件的材料性能和几何特征。
3. 热场分析:研究石墨圆周密封在高温环境下的热传导和热辐射特性,通过建立热传导方程和辐射传热模型等进行数值模拟。
4. 多场耦合分析:将流场分析、固体力学分析和热场分析的结果进行集成和耦合,综合考虑流体、固体和热量等因素的相互影响,得出石墨圆周密封的综合性能响应。
四、分析结果与应用通过流固热多场耦合分析,可以全面了解石墨圆周密封在不同工况下的性能响应和变化情况。
根据分析结果,可以进行参数优化和结构改进,改善密封性能和耐久性,提高航空发动机的工作效率和安全性。
此外,流固热多场耦合分析方法可以应用于其他航空发动机关键部件的研究和设计,进一步提升航空器的整体性能和运行安全性。
总之,航空发动机石墨圆周密封流固热多场耦合分析研究具有重要的理论和实际意义。
航空发动机燃烧室热核耦合模拟研究
航空发动机燃烧室热核耦合模拟研究航空发动机是现代航空工业的核心技术,其性能的提升直接决定了航空业发展的速度和水平。
而航空发动机燃烧室作为整个发动机的核心部件,其工作效率和安全性更是对航空发动机性能有着至关重要的影响。
为了更好地优化航空发动机的工作效率和提高安全性,科研工作者们开始对燃烧室进行深入的研究,而其中一项重要的研究内容便是航空发动机燃烧室热核耦合模拟研究。
燃烧室是航空发动机内最重要的部件之一,其主要作用是将空气和燃料混合,并在高温高压的环境下进行完全的燃烧,产生高温高压的气体,为涡轮机提供动力。
而在这一过程中,燃烧室内部的能量转化和传递过程是非常复杂的,而且涉及多种物理学现象,如热物理学、化学反应动力学等。
因此如何准确地模拟和计算燃烧室内部的能量转化和传递过程,成为了航空发动机研究的重要课题之一。
燃烧室热核耦合模拟研究是一种热、动、化三相耦合的非稳态计算方法,它将流动、热传递和化学反应三个过程同时考虑在内,能够全面、准确地模拟燃烧室内部的复杂热核耦合现象,并为改善燃烧室的工作效率和提高其安全性提供参考意见。
燃烧室热核耦合模拟研究主要包括三方面内容:第一,流动过程模拟。
燃烧室内流动过程是影响燃烧效率和安全性的关键因素之一,因此必须对它进行准确的模拟和计算。
模拟的方法包括数值模拟和实验模拟两种。
数值模拟是指利用计算机对燃烧室内流动过程进行数值计算和模拟,以获得各种流场参数的值。
实验模拟则是利用真实的实验装置对燃烧室内的流动过程进行模拟和研究,以获得更加准确的数据。
第二,燃烧率模拟。
燃烧率是指单位时间内燃烧室内燃料的质量消耗率。
燃烧率的大小直接影响着燃烧室的工作效率和安全性。
燃烧率模拟可以通过对化学反应动力学的分析和数值计算来实现。
这可以帮助科研工作者更加准确地预测燃烧室内的化学反应过程,进而控制和改善燃烧过程和提高燃烧效率。
第三,热传递模拟。
燃烧室内的高温环境会对燃烧室内部的材料和构造产生严重的影响,因此对于热传递过程的模拟是必不可少的。
【西门子】2-07 航发热固耦合分析
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2018.05.11
Single Physics Solutions Best-in-class solvers. Accurate, robust, consistent, high performance, scalable.
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2018.05.11
Siemens PLM Software
Thermo-Mechanical Performance Engineering Driving innovation through Simulation
Thermo-Mechanical Performance Engineering
FEM Assembly Build system assembly model from instances of FEM components analogous to CAD assemblies.
Compressor, turbine, fan, casing teams work in parallel.
component responses.
Need scalability to model systems and components and to map data from one to
the other.
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2018.05.11
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Challenge Flow Definitions
《2024年航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究》范文
《航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究》篇一摘要本文主要对航空发动机中气冷涡轮叶片的气热耦合现象进行了深入的数值模拟研究。
首先概述了该研究的目的、方法和主要内容。
通过使用先进的数值模拟技术,对气热耦合现象进行了详细的分析和讨论,并得出了相应的结论。
本文旨在为航空发动机的设计和优化提供理论依据和指导。
一、引言随着航空工业的快速发展,航空发动机的性能要求越来越高。
其中,气冷涡轮叶片作为航空发动机的关键部件之一,其性能的优劣直接影响到发动机的整体性能。
因此,对气冷涡轮叶片的气热耦合现象进行研究具有重要的工程实际意义。
本文采用数值模拟的方法,对气冷涡轮叶片的气热耦合现象进行深入的研究和分析。
二、气热耦合数值模拟方法1. 物理模型与数学描述气热耦合现象涉及到流体动力学、传热学、热力学等多个学科领域。
本文首先建立了气冷涡轮叶片的物理模型,并使用计算流体动力学(CFD)和传热学理论,对气热耦合现象进行了数学描述。
通过建立合理的数学模型,为后续的数值模拟提供了基础。
2. 数值方法与求解过程在数值方法上,本文采用了高精度的有限元方法和有限体积法,对气冷涡轮叶片的气热耦合现象进行了数值模拟。
通过求解流体动力学方程、传热方程等,得到了气冷涡轮叶片内部流场、温度场等物理量的分布情况。
在求解过程中,采用了迭代法和多网格法等技术,保证了求解的精度和效率。
三、气热耦合现象的分析与讨论1. 流场与温度场分析通过对气冷涡轮叶片的数值模拟,得到了内部流场和温度场的分布情况。
结果表明,气冷涡轮叶片内部的流场分布不均匀,存在较大的速度梯度和压力梯度。
同时,由于气冷效应的存在,叶片内部的温度分布也呈现出不均匀的状态。
这些现象都会对气冷涡轮叶片的性能产生影响。
2. 气热耦合效应的分析气热耦合效应是气冷涡轮叶片性能的重要因素之一。
通过对数值模拟结果的分析,发现气热耦合效应对流场和温度场的影响是相互的。
一方面,流场的不均匀性会导致温度场的不均匀分布;另一方面,温度场的不均匀分布也会影响流场的分布和流动状态。
航空发动机主轴轴承动态性能和热弹流润滑状态耦合分析
航空发动机主轴轴承动态性能和热弹流润滑状态耦合分析主轴轴承是航空发动机稳定可靠运转的核心部件,高速、重载和高温是其典型工况。
随着航空发动机大推重比的不断提高,无疑使得这些典型极端工况变得越来越苛刻,导致主轴轴承失效的比例增大。
但是随着轴承材料的不断改进,由于疲劳和断裂造成的轴承失效相对变少,与润滑相关的打滑蹭伤和摩擦磨损等失效越来越多。
因此,研究航空发动机主轴轴承典型工况下润滑油的使役行为和润滑机制有着重要的意义。
本文以航空发动机主轴轴承为研究对象,建立轴承拟动力学和热弹流润滑耦合分析方法,并在耦合分析中考虑粗糙度效应、非牛顿流体、瞬态效应和多润滑状态并存情况的影响,以其典型工况为算例,形成一条从动力学到热弹流润滑,再到接触状态分析的完整理论计算体系,能够准确获得主轴轴承动态性能、润滑特性和状态以及接触应力分布。
论文研究的主要内容如下:建立了苛刻复杂工况下航空发动机主轴轴承拟动力学和热弹流耦合分析方法。
拟动力学分析为热弹流分析提供接触微区力学参数和运动参数,热弹流分析获得润滑性能反馈作用于拟动力学,二者相互循环迭代实现耦合分析。
通过对比不同工况的试验实测、拟合公式和耦合分析方法获得最小膜厚,结果表明,耦合分析结果与试验数据吻合更好。
与传统拟动力学分析获得的动态性能相比,耦合分析方法考虑热效应的影响,最小膜厚和摩擦系数发生变化,膜厚减小,接触变形和接触载荷增大,轴承刚度变大,接触微区形状改变,相对滑动增大,摩擦系数又影响摩擦力,从而改变整个滚动轴承的受力和运动状态。
另外,载荷的增大还会带来球轴承接触角减小,自旋运动受到抑制,旋滚比减小;滚子轴承承载的滚子数目增多,保持架的滑动率减小。
基于耦合分析方法,对主轴轴承的热弹流润滑性能进行了参数化研究。
球轴承内圈曲率系数增大,导致接触载荷变大,膜厚减小,对润滑不利;增大球轴承初始接触角和滚动体数目,接触应力减小,有利于增大膜厚,改善润滑;高转速引起的滚动体自旋效应使得油膜热弹流性能不再对称分布,最小膜厚增大,最大温度升高,润滑性能变差。
《2024年航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究》范文
《航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究》篇一一、引言随着航空工业的飞速发展,航空发动机的性能要求日益提高,其中气冷涡轮叶片作为发动机的核心部件之一,其性能的优劣直接关系到发动机的整体性能。
因此,对气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究显得尤为重要。
本文旨在通过对航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟进行研究,为提高发动机性能提供理论依据。
二、气冷涡轮叶片概述气冷涡轮叶片是航空发动机的核心部件,其作用是将燃气能量转化为机械能。
由于燃气在叶片内部的高温环境,使得叶片在高速运转过程中承受着极大的热负荷和机械负荷。
因此,气冷涡轮叶片的设计和制造过程十分复杂,需要考虑到多种因素的影响。
三、气热耦合数值模拟方法气热耦合数值模拟是一种基于计算机技术的方法,通过建立物理模型、设定初始条件和边界条件,运用数学方法和计算机程序对气体流动、传热过程进行模拟。
在气冷涡轮叶片的研究中,气热耦合数值模拟主要考虑了燃气流动、热量传递、热应力等多个因素。
通过对这些因素进行综合分析,可以得到叶片在高温环境下的工作状态和性能。
四、气热耦合数值模拟过程在气热耦合数值模拟过程中,首先需要建立物理模型,包括燃气流动模型、传热模型等。
然后设定初始条件和边界条件,如进口气流参数、出口压力、叶片材料属性等。
接着运用数学方法和计算机程序进行数值计算,得到燃气在叶片内部的流动状态、热量传递过程以及热应力分布情况。
最后对计算结果进行分析和评估,为叶片的设计和制造提供依据。
五、研究结果与分析通过对气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究,可以得到以下结论:1. 燃气在叶片内部的流动状态对叶片的传热性能和机械性能有着重要影响。
合理的燃气流动设计可以有效地降低叶片的温度和热应力,提高叶片的耐久性和可靠性。
2. 传热过程是影响叶片性能的另一个重要因素。
通过对传热过程的分析,可以了解叶片在不同工况下的温度分布和热量传递规律,为叶片的材料选择和结构优化提供依据。
航空航天中的热结构耦合分析研究
航空航天中的热结构耦合分析研究航空航天是一项高科技产业,它涉及到的领域非常广泛,包括热力学、强度学、气动力学等等。
其中,热力学是一个非常重要的领域,因为在航空航天系统中,温度的变化对机体的性能、结构和材料产生的影响很大,需要进行热结构耦合分析,以保证机体的安全和稳定运行。
什么是热结构耦合在机体工作过程中,机体的温度和材料的热性质都是发生变化的,这就会对机体材料和结构的性能产生影响。
热结构耦合就是研究机体温度变化和材料性质变化对机体结构性能产生的影响的科学方法。
具体来说,热结构耦合需要考虑机体的热特性、机体的机械结构和机体的环境条件等因素。
热结构耦合的应用热结构耦合技术的应用非常广泛,特别是在航空航天工程中。
首先,热结构耦合技术可以用于模拟机体内部的热传输情况,以便更好地理解机体的热特性。
其次,热结构耦合技术可以用来预测机体在不同环境条件下的变形和应力,以帮助工程师更好地设计机体的材料和结构。
最后,热结构耦合技术可以用来模拟机体在极端情况下的应力、变形和破坏情况,以评估机体的安全性和性能。
热结构耦合的实现为了实现热结构耦合分析,需要建立一定的数学模型,在此基础上进行计算分析。
这个数学模型包括了热传输模型和机械结构模型。
热传输模型用于计算机体内部热量的传递和分布,机械结构模型用于计算机体的变形和应力。
这两个模型联合起来,就可以得到机体在不同工作条件下的热、力、变形等综合性能。
在实际应用中,热结构耦合分析可以采用各种计算方法,比如有限元法、有限差分法、边界元法等。
每种方法都有自己的优缺点和适用范围,需要根据具体情况来选择使用的方法。
热结构耦合在航空航天中的应用举例热结构耦合技术在航空航天领域的应用非常广泛。
下面举一个在卫星设计中的应用例子。
在卫星设计中,卫星的热控制是一个非常重要的工作。
卫星在不同轨道上运行时会受到来自空间环境的不同辐射热传输和传热,因此需要通过热控制系统来维持整个卫星内部环境的稳定。
航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究
航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究引言航空发动机是实现飞机动力的关键设备之一。
在高温高压的工作环境下,发动机的效率和可靠性对于飞机的性能和安全至关重要。
气冷涡轮叶片作为发动机关键部件之一,其受到高温气流的冷却是确保叶片运行稳定的关键。
本文将通过气热耦合数值模拟分析,研究航空发动机气冷涡轮叶片的工作特性和冷却效果,为提高叶片的寿命和发动机性能提供理论依据。
1. 数值模拟模型建立在研究中,我们首先建立了航空发动机气冷涡轮叶片的三维几何模型。
该模型充分考虑了叶片表面细微几何特征和冷却通道的几何形状。
同时,根据发动机工作参数和冷却系统设计,我们还建立了气流和热流传输的数学模型。
这些模型包括了湍流模型、传热模型和热弹性模型,以确保数值模拟结果的准确性和可靠性。
2. 数值模拟结果分析基于建立的数值模拟模型,我们对航空发动机气冷涡轮叶片的工作特性和冷却效果进行了分析。
首先,我们模拟了不同工作工况下叶片表面温度的分布情况。
结果显示,在发动机高温气流的冷却下,叶片表面的温度分布非常均匀,且最高温度低于叶片材料的极限温度,从而保证了叶片的工作安全性。
接下来,我们分析了冷却通道的设计和冷却气流参数对叶片冷却效果的影响。
通过改变冷却通道的形状和尺寸,我们发现增加冷却气流的速度和流量可以有效降低叶片的表面温度。
此外,我们还讨论了冷却通道的布置方式对叶片冷却效果的影响,并提出了一种更合理的布置方式以提高叶片的冷却效果。
最后,我们分析了叶片材料的热弹性特性对叶片的工作状态和寿命的影响。
通过模拟叶片在高温高压工况下的热膨胀和应力分布,我们得出了改善叶片材料热弹性特性的方案,从而延长叶片的使用寿命。
结论本文通过气热耦合数值模拟研究,对航空发动机气冷涡轮叶片的工作特性和冷却效果进行了深入分析。
研究结果表明,在合理的冷却通道设计和冷却气流参数下,能够有效实现叶片的冷却,并确保叶片在高温高压动力环境下的安全运行。
此外,通过改善叶片材料的热弹性特性,还能延长叶片的使用寿命,进一步提高发动机的性能和可靠性。
航空发动机高温合金叶片热力耦合性能分析
航空发动机高温合金叶片热力耦合性能分析摘要:在确立高温叶片的传热理论的基础上,依据有限元理论利用Abaqus软件对GH4169合金叶片终锻后的冷却过程中的进行了热力耦合数值模拟,通过观测到的数据分析了冷却过程中温度场的分布规律和冷却后应力分布以及叶片的变形规律。
关键词:高温合金;航空发动机叶片;冷却;热力耦合性能中图分类号:文献标志码:文章编号:在航空发动机工作时,内部叶片需要承受十分高的温度载荷,但温度变化对金属叶片的性能有重要的影响[1]。
在高温冷却的过程中,叶片的形状会因为温度变化而发生形变,产生的残余应力会使叶片的质量和使用寿命降低,这种由高温引起的形变难以用传统的实验方法测量,但数值模拟就可以很直观的表现出来[2]。
本文分析在冷却过程中叶片所受的温度场的变化,热应力的变化以及变形规律,为叶片高温锻造后的热处理和终锻磨具的设计提供理论依据。
1传热理论及模拟条件1.1热传导方程热传导微分方程的建立是以热力学第一定律为依据的,假设材料导热各项同性,热传导的基本方程为[3]:(1)(1)式中:T 微元体瞬时温度为K;代表材料密度,单位为kg/m3;材料比热,J/(kg·K);t 为时间,s;k为热传导系数,单位W/(m·K);q为内热源强度,J/ m3。
1.2初始条件与边界条件假设叶片的初始温度的特征是均匀的并且数值设定为1000℃,叶片周围的环境温度设定为25℃,叶片与环境的热交换形式为对流,将对流换热边界条件归结为第三类边界条件[4]。
在对流系数的求解过程中,设叶片温度变化过程函数为:5(2)(2)式中:k,a为该点系数。
2有限元分析模型建立2.1材料属性的定义本课题中使用的叶片模型所选取的材料为In718高温镍基合金(GH4169合金),此高温合金的热力学性能参数和力学性能参数为:熔化温度为1260~1320℃、弹性模量为9800MPa、密度为8230kg/m3、泊松比为0.4,导热率、比热和线性膨胀系数随温度的变化而变化。
航空发动机尾喷管热流固耦合分析
(2-5)
最终目的是求解结构响应,固体控制方程用来描述流体激发结构振动位移的状态,其微分形式可以 写成如下形式[16]:
M
d2 x dx + D + Sx + ς = 0 dt dt 2
Hale Waihona Puke (2-6)其中,M 是质量矩阵,D 是阻尼矩阵,S 是刚度矩阵,ς 是作用在结构上的力,x 是位移。 分析温度场、流场和结构之间的相互关系,求解热流固问题的过程,其实也就是求解流体域和结构 之间耦合方程的过程。从计算角度来说,其实也是找到一个 N-S 方程和非线性结构动态方程之间的集合 算法[17]。一般来说,有两种求解耦合方程的思路。一种是基于单向耦合的数据单向传输算法,另一种是 基于双向耦合的数据双向传输算法[18] [19]。 由于现在的分析软件只能支持最多两个场的双向耦合,而本文研究涉及流场、温度场和结果这三个 场的耦合问题,所以采取单向耦合方法来研究热流固问题。单向热流固耦合原理如图 2 [20]。 单向热流固耦合,先对流场进行分析,得到热载荷和压力载荷。将热载荷加到结构上,进行热分析, 得到热应力。最后,将压力载荷和热应力加到结构上,采集响应信号经过处理得到模态参数和振型[20]。 双向热流固耦合,则对流场分析得到热载荷和压力载荷。特别的是,将压力载荷加载结构上后,此 时结构分析并不是马上计算响应,而是计算结构反作用到流场的压力载荷。将反向的压力载荷加到流场
Thermal-Fluid-Solid Coupling Analysis of Aero-Engine Nozzle
Pei Luo, Min Zheng
College of Civil Aviation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing Jiangsu Received: Dec. 9 , 2016; accepted: Dec. 26 , 2016; published: Dec. 29 , 2016 Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
《2024年航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究》范文
《航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究》篇一一、引言随着航空工业的快速发展,航空发动机作为核心部件,其性能的优劣直接决定了飞机的整体性能。
而涡轮叶片作为发动机的核心组成部分,其工作环境异常恶劣,因此对其进行深入的研究具有重大的意义。
其中,气热耦合现象对涡轮叶片的工作状态有着重要影响,而对其进行数值模拟研究则是目前研究的重要方向之一。
本文将对航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟进行研究,以期为航空发动机的设计和优化提供理论支持。
二、气热耦合数值模拟理论基础气热耦合数值模拟是通过对流场和温度场的耦合计算,来研究气体流动和热量传递的过程。
在航空发动机中,气冷涡轮叶片的流场和温度场是相互影响、相互依存的。
因此,气热耦合数值模拟是研究涡轮叶片性能的重要手段。
在气热耦合数值模拟中,需要考虑到流场的湍流特性、传热过程、热应力分布等因素。
同时,还需要建立合适的数学模型和物理模型,以实现对流场和温度场的准确描述。
此外,还需要采用高效的计算方法和算法,以保证计算的精度和效率。
三、航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟针对航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟,本文采用了高精度的数值计算方法和算法。
首先,建立了涡轮叶片的三维几何模型和计算网格,并进行了适当的边界条件和初始条件设置。
其次,通过求解流场和温度场的耦合方程,得到了流场和温度场的分布情况。
最后,通过对计算结果的分析和处理,得到了涡轮叶片的气动性能、传热性能和热应力分布等信息。
在数值模拟过程中,我们重点关注了气热耦合现象对涡轮叶片的影响。
通过对比分析有气冷和无气冷的情况下涡轮叶片的流场和温度场分布,我们发现气冷技术可以有效地降低涡轮叶片的温度,提高其耐久性和使用寿命。
同时,我们还发现气热耦合现象对涡轮叶片的气动性能和传热性能有着重要的影响,需要进行深入的研究和探讨。
四、结果与讨论通过气热耦合数值模拟,我们得到了航空发动机气冷涡轮叶片的流场和温度场分布情况,以及其气动性能、传热性能和热应力分布等信息。
航空发动机管路流固耦合振动的固有频率分析
mo d e l i s r a t i o n a 1 . Th e c r i t i c a l v e l o c i t y o f t h e t e s t p i p e c o n v e y i n g f u e l w a s o b t a i n e d ,a n d t h e i n l f u e n c e o f C o r i o l i s f o r c e a n d t h e s e c t i o n
c h a r a c t e is r t i c s t o t h e n a t u r a l re f q u e n c i e s we r e i n v e s t i g a t e d . I t i s f 0 u n d t h a t t h e f u e l v e l o c i t y o f t h e t e s t p i p e i s f a r b e l o w t h e c it r i c a l v e l o c i t y .
摘要 : 为研究流体哥 氏力和管路参数等 因素对航 空发 动机 管路 固有振 动频率的影响规律 , 采用 G a l e r k i n方法建立 了管路 流 固
耦合数 学模 型, 并通过复特征值分 析得 到 了系统的固有频率。 通过将采用 G a l e r k i n方法 的计算结果 与试验测试数据进行 比较 , 验证
An a l y s i s f o r Na t u r a l F r e q u e n c i e s o f Pi p e Co n v e y i n g F l u i d Co n s i d er i n g Fl u i d - S t r u c t u r e I n t e r a c t i o n
高速飞行器热流固耦合光传输分析论文
高速飞行器热流固耦合光传输分析论文高速飞行器在大气层内高速飞行时,其光学头罩与来流互相作用产生大量的热,形成严峻的气动光学效应。
一方面,光学头罩外空气受到突然压缩和摩擦,其温度、压力、密度和化学成分发生改变,形成高速冗杂流场; 另一方面,光学头罩的温度和应变量会随着飞行时间发生改变,进而引起晶体材料折射率的转变。
来自目标的光线到达探测器将受到流场与光学头罩的双重影响。
出射波面发生畸变,对成像探测系统造成光传输干扰,使目标图像消失模糊、抖动等现象,严峻影响探测结果。
因此,除了需事先对红外成像系统的性能进行测试,还需对高速飞行器气动光学效应进行全面的讨论,为系统的矫正供应数据基础。
目前,对气动环境下的光传输影响分析主要是针对高速流场或光学头罩其中一个方面进行的,对其耦合光传输的影响分析较少,本文针对这一状况,通过建立气动环境下超群声速飞行器在飞行过程中流场与头罩的耦合参数改变模型,计算CFD 网格数据,采纳光线追迹计算热流固耦合光传输影响。
1 飞行过程的热流固耦合分析1. 1 绕流流场的数值模拟湍流的形成是由于流体中的惯性力对流体的影响占到主导地位。
流体的流淌受到物理守恒定律的支配。
由于流场结构冗杂,无法用统一的方程来描述,为便利讨论,建立CFD 网格,在流场中任取正六面体微元作为讨论对象,该微元和四周流体之间存在互相作用力以及质量和能量的交换。
基于所取微元的任意性,对该微元建立可代表流体的运动方程,称为Navier - Stokes 方程组:1.2 窗口的热流固耦合分析高速飞行器在飞行时与四周的空气猛烈摩擦,动能转化为热能,导致流场的温度急剧上升,并加热头罩。
在热流固耦合数值模拟中,绕流流场作用于头罩,使后者产生温度和应力应变的动态改变。
因此,光学头罩在气动环境下的加热为持续的非稳态过程,在计算过程中应将流场与头罩进行直接耦合计算。
1. 2. 1 外表压力场的计算依据流体力学模型可以假设,当气体质点与头罩外表碰撞后,气体沿头罩外表的法向动量全部损失掉,形成施加于物体上的力,通过计算动量的改变,可以计算出作用在头罩外表的压力:1.2.2 温度场分析为保证流场与头罩之间的气动对流换热,头罩内部传热主要以传导和辐射方式进行。
某型航空发动机导向器的热-结构耦合分析
1 某 型航 空 发 动 机 导 向 器 几 何 结 构 建 立 与 网格 划 分
发 动机 导 向器 的整 体 结 构 是 非 常 复 杂 的 , 本
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航空发动机空气系统和热分析的耦合计算与试验验证
航空发动机空气系统和热分析的耦合计算与试验验证LIANG Jin-hua;ZHAO Wei-wei;XU Lian-qiang;ZOU Mi;MA Jian-dong【摘要】针对航空发动机空气系统设计和热分析计算分开进行且不考虑发动机部件对空气系统换热影响的特点,结合热分析计算实际,通过计算空气与热端部件之间的热量交换,建立了空气系统和热分析的耦合计算方法,并通过试验予以了验证.计算结果和试验结果的对比表明,耦合与非耦合计算的腔室压力基本相同,但耦合计算的腔室温度更接近试验结果,耦合计算相比于非耦合计算与试验的温度误差减小9.7K,耦合计算方法有利于减小空气系统温度计算误差.【期刊名称】《燃气涡轮试验与研究》【年(卷),期】2019(032)003【总页数】6页(P24-28,52)【关键词】航空发动机;空气系统;热分析;热量交换;耦合计算;试验对比;热平衡态【作者】LIANG Jin-hua;ZHAO Wei-wei;XU Lian-qiang;ZOU Mi;MA Jian-dong【作者单位】;;;;【正文语种】中文【中图分类】V231.31 引言目前,航空发动机中空气系统设计和热分析计算是分开进行的[1]。
空气系统设计[2-5]未全面考虑发动机各个部件与空气系统之间换热对空气系统的影响,只是对换热比较剧烈的位置根据经验增加一个人工温升[6]。
热分析是在空气系统设计完成的基础上,利用空气系统数据计算热分析部件的温度场[7]。
这种设计方法忽略了空气系统和热分析部件之间的相互作用,计算的不是一个热平衡态。
为了能更准确地设计发动机的空气系统,需要将空气系统和热分析进行耦合计算。
国内外已针对空气系统和热分析的耦合计算进行了相关研究,提出了空气系统和热分析的耦合计算方法,但缺乏对计算方法在真实发动机条件下的试验验证。
如郭文等[8]利用网络法计算研究了高压涡轮导叶内部冷却通道中的流动和换热特性,通过建立冷气和叶片内壁的换热关系,对冷气沿径向和叶片弦向管流部分的压力损失、冷气温度沿径向的变化进行了较详细的预估。
航空发动机热端部件二次流动和传热耦合方法研究
航空发动机热端部件二次流动和传热耦合方法研究郭晓杰;顾伟;竺晓程;杜朝辉【摘要】During the design process of hot components in aeronautical gas turbine engine , secondary flow and heat transfer calculations are carried out separately with a manual iterative process .This paper describes the coupling computational approach developed for sec -ondary flow and thermal analysis .For the fluid area-air system calculations , fluid network method was used to get the fluid properties;for the solid area-hot components′thermal analysis , ANSYS secondary development technology was used to get the thermal properties and transfer data .The coupled process was used to analyze a high pressure turbine casing .Results of the coupled and uncoupled inves-tigation, specially the temperature rise of air system and the temperature distribution of hot components , show that the coupling effect , estimated to be strong , should be taken into consideration .%在航空燃气涡轮发动机热端部件设计中,二次流动和传热通常是解耦计算,手工进行迭代的。
航空发动机液压弯管流固耦合振动特性分析
航空发动机液压弯管流固耦合振动特性分析
陈勇刚;马石帅;雷志良
【期刊名称】《液压气动与密封》
【年(卷),期】2024(44)6
【摘要】为研究流固耦合作用下多弯曲段液压管道的流体流动与管道振动之间的动力学特性,基于ANSYS Workbench平台分析了航空发动机某易故障部位弯形液压管道的预应力模态,通过SST k-ω湍流模型模拟计算不同流体流速下弯形液压管内流体的流动状态,获得了不同管内流体流速与管道形变以及等效应力之间的关系,得出在允许最大流速下弯管的形变随曲率半径的变化趋势,并总结出该液压弯管不同充液状态下的前六阶固有频率的变化趋势。
结果表明:管道形变随流体流速的增加而增大,随曲率半径的增大而减小;弯管不同充液状态下管道的前六阶固有频率随阶数增加而增长且同阶下空管的固有频率大于充液弯管的固有频率;最后通过充液弯管的前六阶振型图分析了不同阶频率易发生形变的部位研究,可为航空发动机弯形液压管道的设计提供参考。
【总页数】7页(P14-20)
【作者】陈勇刚;马石帅;雷志良
【作者单位】中国民用航空飞行学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH137;V233.91
【相关文献】
1.航空发动机管路流固耦合振动的固有频率分析
2.高压弯管压裂液两相流模拟及流固耦合分析
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Simcenter3D:Gas-Turbine Engine Performance Scott Tucker, Siemens PLMRestricted © Siemens AG 2018Realize innovation.Simcenter PortfolioEngineer innovation for aircraft performanceSimcenter ™Engineer innovation.Simulate. Explore. Test.Driving innovation through SimulationThermo-Mechanical Performance Engineering Thermal managementand aerodynamicsStructural Analysis andThermal FatigueEngine OperatingEfficiencyWhole Engine VibrationDriving innovation through SimulationThermo-Mechanical Performance Engineering Thermal managementand aerodynamicsStructural Analysis andThermal FatigueEngine OperatingEfficiencyWhole Engine VibrationMultiphysics SimulationSimcenter solutionsEngines are governedby physics of aerodynamics, thermal, and structuralNeed scalability to analyze for single physics or multiplephysics.Challenge Single Physics SolutionsBest-in-class solvers. Accurate, robust, consistent, high performance, scalable.One-Way CouplingChain single physics solvers Simcenter Pre/Post.Map response from one physics to load on another.Co-simulationCo-simulate two or more physics solvers.Efficient data exchange.CFD SolutionThermal SolutionStructural SolutionFlow DefinitionsStress and DeflectionsHeat transfer dependence onstructural contactScalable System SimulationSimcenter solutionsAero-engine companies are organized into groups that evaluate whole engine response as well and individualcomponent responses.Need scalability to model systems and components and to map data from one tothe other.ChallengeFEM AssemblyBuild system assembly model from instances of FEM components -analogous to CAD pressor, turbine, fan, casing teams work in parallel.Notification when components are updated and changes and option to acceptBreakout ModelingUse loads from system models on detailed break-out models for lifing predictionsEfficient, Robust Simulation for Engine Operating ConditionsSimcenter solutionsEngines are used onmultiple aircraft, manygeographies, andmany different dutycycles.Need to analyze for allwithout makingerrors.ChallengeCondition SequencesDefine engine state as a set ofparameters that change withoperating conditionExpressions and FieldsUse analytical equations or tabledata to define complex loadingconditions based on parametersChanging parameter valuesupdates the loadingModel Validation and InterrogationSimcenter solutionsBoundary conditions can have spatial and time dependencies.Users need graphical feedback to verify their load definitionsChallenge Pre-ProcessingPreview boundary conditions as contour at specific times, contour animations over time, X-Y plots.Post-ProcessingProbes allow users to predefine or postdefine expressions based on results. 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PressureHigh PressureThermo-Mechanical Performance EngineeringDriving innovation through SimulationThermo-Mechanical Performance Engineering Thermal managementand aerodynamicsStructural Analysis andThermal FatigueEngine OperatingEfficiencyWhole Engine VibrationEngine VibrationSimcenter solutionsPredict critical operating speeds where vibration areexcessive Predict engine survivability from blade-out unbalancePredict vibration loads in bearingsChallenge Handling of large modelsEfficient model reduction for large modelsFlexibility3D, 1D, 2D representations, (multi stage) cyclic symmetry,mixed models, combining different reference frames, bearings and linking devices modelingAdvanced technologySimulations accuracy enabling local non linearities in transient and harmonic responsesHow are Simcenter gas turbine customers benefitting?Assessment of designchanges: from months,weeks and days to hours !Cumulated time savings reaching entire years Up to25%-50%time savings for complete engine development Better designs, faster!Up to 20times fasterdesign iterationsThank You!。