□ 郭晓玲 □ 张江伟 □ 李 斌 □ 邵 莉

中国航发西安航空发动机有限公司 西安 710021

1 分析背景

航空发动机高压工作叶片温度场的准确计算对叶片冷却设计而言,具有非常重要的意义,一方面可以为叶片冷却方式的选择和冷气用量的分配提供依据与评价,另一方面能够为叶片安全、可靠工作提供保证。笔者对某型航空发动机高压工作叶片改型前后结构的温度场进行对比计算,内容主要包括叶片外换热计算、叶片内换热计算、叶片壁面温度计算,由此进行冷却特性分析。

叶片外换热计算包括燃气的流动状况计算、叶片外表面的换热系数计算,以及在有气膜冷却情况下的换热系数修正和燃气温度修正。叶片内换热计算包括经过叶片内冷通道的冷气流量、流动损失、冷气温升,以及与内表面间的换热系数等参数的计算。在叶片外换热计算和叶片内换热计算的基础上计算叶片壁面温度场,为强度计算和寿命分析提供温度场数据。

2 计算方法

应用Fluent软件进行航空发动机高压工作叶片气动热力计算,得到叶片型面静压和马赫数分布。将计算得到的马赫数分布作为已知条件,应用二维边界层计算程序计算叶片外换热系数。根据叶片外换热计算和叶片内换热计算得到的叶片外部燃气与内部冷气温度,结合对流换热系数,计算出整个叶片的温度分布。上述三部分计算互为边界条件,互相影响,计算流程如图1所示,最终计算结果收敛的条件是相邻两次迭代计算的壁温温差足够小。……