《基於各向異性多孔介質模型的指尖密封流動與傳熱研究》是依託南京航空航天大學，由胡婭萍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於各向異性多孔介質模型的指尖密封流動與傳熱研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡婭萍
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
指尖密封是一種先進、高效的密封方式。為了比較準確地預測指尖密封內部複雜的穩態和動態流動、傳熱、變形問題，本申請項目擬對指尖密封孔隙率、流體動量損失源項和固體導熱係數的各向異性進行理論分析，在此基礎上建立考慮指尖密封流動、傳熱各向異性的多孔介質模型。再通過基本型指尖密封試驗研究，對理論模型參數進行修正；然後根據數值計算結果與試驗數據的對比，進一步調整和完善各向異性多孔介質模型。在穩態多孔介質模型研究的基礎上，分析指梁變形對孔隙率以及指尖密封流動、傳熱的影響，並發展適用於動壓型指尖密封的流體流動－傳熱－應變的耦合計算方法。本項目研究可為航空發動機或其它燃氣渦輪機械的指尖密封性能預測提供合理的數學模型和較高精度的方法，為指尖密封的工程套用提供技術基礎。
結題摘要
指尖密封是一種具有廣泛套用前景的先進、高效的密封技術。本項目旨在建立指尖密封各向異性多孔介質流動和傳熱數學模型並發展指尖密封流動-傳熱-應變的耦合模擬方法，為深入開展指尖密封的流動與傳熱研究提供機理模型和較高精度的方法。目前本項目計畫的所有研究任務已完成，預期的研究目標也已實現。項目研究取得的主要成果有：（1）建立了指尖密封片組結構各向異性多孔介質傳熱的數學模型。在指尖密封多孔介質流動模型的基礎上，通過對指尖密封各向異性導熱進行理論分析，分別針對指梁和指尖靴區域的表征體元，推導了主軸導熱係數矩陣，再經過轉換得到計算坐標系下的導熱係數張量，由此獲得了適用於指尖密封片組的各向異性導熱數學模型。同時，還將軸向指尖密封片之間的接觸熱阻數學模型從接觸間隙為真空的模型發展為接觸間隙為靜止空氣的模型，構建了計算坐標系下考慮軸向接觸熱阻的導熱係數張量。（2）發展了指尖密封片組結構各向異性多孔介質流動、傳熱的數值計算方法，並數值分析了進出口壓差、轉速等對基本型指尖密封片組結構內流動、傳熱特性的影響規律。基於商業CFD軟體FLUENT，利用FLUENT中的UDS（自定義標量）開發功能，仿照能量方程添加一個UDS輸運方程，並將各向異性導熱係數張量和邊界條件通過UDF輸入，將此UDS方程取代能量方程進行求解，從而對多孔介質指尖密封的各向異性導熱進行數值計算。（3）開展了基本型指尖密封的流動、傳熱特性試驗研究，通過試驗數據修正了建立的各向異性多孔介質模型。試驗研究了轉速、壓差、配合間隙等因素對泄漏係數的影響。 通過試驗數據分析得出的結論如下：① 泄漏係數都隨轉速的增加而減小；② 泄漏係數隨壓差的增加而變大，並逐漸趨於平衡；③ 泄漏係數隨配合間隙的增大而增加。在數據分析中還得出密封的泄漏特性受試驗的初始狀態和試驗的連續性影響較大。（4）發展了指尖密封片組結構內流體流動-傳熱-應變耦合的數值分析方法。項目設計了帶浮升力墊片的指尖密封結構，並建立了三維計算模型，對其泄漏和浮升力特性進行了數值研究，分析了壓差等因素對泄漏量的影響，還分析了浮升力墊片下表面附近的流線分布和下表面上的壓力分布隨密封間隙等因素的變化規律。項目已發表相關學術論文若干篇，並已投稿4篇。項目研究所取得的成果可為發動機先進密封性能的提高提供技術基礎。
