《局部非周期性內流環境下的孔隙射流擾動機理》是依託清華大學，由袁新擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：局部非周期性內流環境下的孔隙射流擾動機理
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：袁新
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目通過實驗和數值模擬相結合的手段探索局部非周期性流場對高壓燃氣透平孔隙流動的擾動規律，為適應真實運行環境的高壓透平設計提供理論依據和機理分析基礎。主要研究內容包括：1、局部非周期非均勻進口邊界條件對孔隙射流流動的影響機理，包括進口旋流、熱斑及其綜合作用等；2、考慮非軸對稱端壁、複雜倒角和新概念孔隙等非規則幾何結構對孔隙流動的影響，對高壓透平相鄰葉柵通道中的孔隙射流結構進行局部非周期性設計；3、研究運動邊界層及差異化非對稱上游尾緣射流引發的局部非周期性流動對葉柵內孔隙射流的影響機理；4、發展基於非結構格線的動能守恆數值格式KEP-LES，從流動機理出發為該數值方法套用於局部非周期性流場計算提供數值實驗基礎。最終，本項目將提煉和總結一套完整的孔隙射流與局部非周期性流動環境相互作用機理，並建立相應的實驗/模擬分析系統，為進一步提高先進燃氣輪機的氣動冷卻性能提供理論與方法。
結題摘要
為配合航空發動機和燃氣輪機重大專項研究，推進透平氣熱及冷卻設計系統構建，本項目深入探究了局部非周期性流場對高壓燃氣輪機透平孔隙流動的擾動規律，發展了高精度數值方法和湍流模擬技術，構建了氣膜孔型及排布的設計最佳化系統。 本項目從局部非周期性進口邊界條件對葉柵通道內部孔隙射流的影響機制入手，通過數值計算方法實現了局部非周期性進口的定量模擬，深入探究了旋流與熱斑同時作用下透平通道中渦結構及溫度分布的非線性疊加特性，並通過壓力敏感漆實驗方法系統地研究了局部非周期性透平入口旋流對葉柵前緣、壓力面、吸力面及端壁的氣膜冷卻特性。進而本研究結合真實燃氣輪機結構，探究了導葉前緣及葉片間裝配縫的氣膜冷卻特性，根據局部非周期性氣熱特性設計了冷卻孔隙結構，形成新概念的相鄰葉柵通道差異化孔隙結構，提出了透平導葉端壁橫向流動對氣膜冷卻想研究的簡化模型，並開發了基於多精度代理模型的氣膜孔最佳化程式。本項目探究了燃燒室出口旋流對透平導葉通道中馬蹄渦、通道渦和尾跡渦的影響作用，採用高精度DDES方法探究了端壁複雜渦繫結構與尾跡渦相互作用下的破碎機理；研究了近端壁區域的氣膜孔冷卻氣擴散機理。同時，本項目發展了基於高精度低耗散數值格式的混合RANS/LES模擬系統，及基於非結構格線的高精度湍流自適應模擬系統，更精確地模擬了跨音速高壓透平級通道內部的激波、尾跡、邊界層等的流動現象以及激波和尾跡的相互干涉。 綜上，本項目系統地探究了燃氣輪機透平中的局部非周期性流動機理及其對氣膜冷卻的影響作用，發展了高精度數值計算方法，並建立了氣膜孔型最佳化方法及端壁氣膜孔排布設計方法，為提高我國先進航空發動機和燃氣輪機的性能提供了理論和方法。
