本文關(guān)鍵詞：金屬編織材料發(fā)散冷卻數(shù)值模擬研究

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【摘要】：隨著航空發(fā)動機的性能的不斷提高,新型的高效發(fā)散冷卻材料與技術(shù)越來越受到高度關(guān)注,金屬編織絲網(wǎng)多孔材料作為發(fā)散冷卻的載體,了解其內(nèi)部流動與換熱規(guī)律非常重要。本文基于宏觀多孔介質(zhì)研究方法,對堆疊平紋型金屬編織絲網(wǎng)內(nèi)的流動換熱進行了數(shù)值仿真研究,并重點分析了局部非熱平衡情況下幾種邊界條件以及局部孔隙堵塞等失效情況下對冷卻效果的影響。首先,對多孔介質(zhì)流動換熱特性、相關(guān)參數(shù)及研究方法作了系統(tǒng)綜述,建立了多孔介質(zhì)物理與數(shù)學(xué)模型;應(yīng)用基于動量插值的同位網(wǎng)格,構(gòu)建了控制方程的離散形式;利用ADI-TDMA的代數(shù)求解方法和C語言,編制了含局部非熱平衡條件的多孔介質(zhì)流動換熱計算程序,并對程序運算結(jié)果進行了檢驗。其次,根據(jù)堆疊平紋型金屬編織絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù),建立了仿真幾何模型;選取具有代表金屬絲網(wǎng)編織結(jié)構(gòu)單元,應(yīng)用Fluent軟件,對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下三維堆疊平紋型金屬編織多孔材料進行了流動與換熱仿真與分析,研究發(fā)現(xiàn):內(nèi)部壓力及速度沿程線性下降,結(jié)果符合Darcy-Forchheimer模型的關(guān)系式,并與Armour關(guān)聯(lián)式吻合;內(nèi)部溫度及當(dāng)?shù)豊u數(shù)沿程成指數(shù)下降,Nu數(shù)隨著Re數(shù)的增大而越大,相同Re數(shù)下比表面積越大其換熱系數(shù)越大。再次,對于發(fā)散冷卻中數(shù)值模擬中的邊界條件進行了分析,將發(fā)散冷卻平板的內(nèi)外部流場與溫度場進行了耦合計算,研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)冷氣注入率為2%時,冷卻效率最高值已達到了38%。最后,對金屬編織多孔材料局部堵塞等流動失效工況進行了仿真,局部孔隙的幾何變化會導(dǎo)致出口流量不均,表面局部堵塞會在熱端表面造成了局部高溫區(qū),內(nèi)部堵塞也會造成冷卻流速不均而引起表面溫度變化,計算發(fā)現(xiàn):模型中1mm×1mm的堵塞區(qū)會影響壁面10mm范圍的溫度變化。研究結(jié)果對航空發(fā)動機中,以金屬編織絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)為載體的新型高效發(fā)散冷卻材料技術(shù)的進一步研究提供了參考。
【關(guān)鍵詞】：發(fā)散冷卻 金屬編織 換熱 多孔介質(zhì) 局部非熱平衡 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V231.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 注釋表14-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 研究背景15-17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-24
• 1.2.1 金屬編織材料研究現(xiàn)狀17-21
• 1.2.2 發(fā)散冷卻研究現(xiàn)狀21-24
• 1.3 本文研究內(nèi)容24-25
• 第二章 多孔介質(zhì)內(nèi)部流動換熱數(shù)值模擬方法25-45
• 2.1 多孔介質(zhì)簡介及其研究方法25-27
• 2.1.1 多孔介質(zhì)定義及其應(yīng)用25
• 2.1.2 多孔介質(zhì)的主要參數(shù)25-26
• 2.1.3 多孔介質(zhì)基本研究方法26-27
• 2.2 多孔介質(zhì)數(shù)學(xué)模型27-31
• 2.2.1 連續(xù)性方程27-28
• 2.2.2 動量方程28-29
• 2.2.3 能量方程29-30
• 2.2.4 局部非熱平衡30-31
• 2.3 數(shù)值模擬方法31-33
• 2.3.1 數(shù)值方法簡介31-32
• 2.3.2 本文數(shù)值模擬方法32-33
• 2.4 多孔介質(zhì)控制方程離散及網(wǎng)格33-38
• 2.4.1 同位網(wǎng)格簡介33-34
• 2.4.2 同位網(wǎng)格上控制方程離散34-36
• 2.4.3 多孔介質(zhì)控制方程的源項處理36
• 2.4.4 同位網(wǎng)格的動量插值法36-38
• 2.5 代數(shù)求解方法38-40
• 2.6 程序框架結(jié)構(gòu)40-42
• 2.7 程序計算結(jié)果驗證42-43
• 2.8 本章小結(jié)43-45
• 第三章 孔隙尺度的平紋金屬編織絲網(wǎng)流動換熱模擬45-59
• 3.1 研究思路46
• 3.2 物理模型及參數(shù)定義46-49
• 3.2.1 物理模型46-48
• 3.2.2 參數(shù)定義48-49
• 3.3 湍流模型49-50
• 3.4 控制方程50-51
• 3.5 網(wǎng)格獨立性驗證51
• 3.6 網(wǎng)格劃分及邊界條件51-52
• 3.7 計算結(jié)果及分析52-57
• 3.7.1 流動特性52-55
• 3.7.2 換熱特性55-57
• 3.8 本章小結(jié)57-59
• 第四章 發(fā)散冷卻數(shù)值模擬59-87
• 4.1 一維發(fā)散冷卻流動換熱計算及驗證59-70
• 4.1.1 物理模型59-60
• 4.1.2 邊界條件60-62
• 4.1.3 數(shù)值模擬邊界條件分析62-70
• 4.2 典型發(fā)散冷卻結(jié)構(gòu)流動換熱數(shù)值模擬70-77
• 4.2.1 物理模型70-71
• 4.2.2 計算方法71-72
• 4.2.3 邊界條件72
• 4.2.4 參數(shù)定義和數(shù)據(jù)處理72-73
• 4.2.5 計算結(jié)果及分析73-77
• 4.3 發(fā)散冷卻局部孔隙堵塞數(shù)值模擬77-86
• 4.3.1 物理模型及邊界條件78-79
• 4.3.2 計算結(jié)果及分析79-86
• 4.4 本章小結(jié)86-87
• 第五章 總結(jié)與展望87-89
• 5.1 本文主要研究結(jié)論87-88
• 5.2 展望88-89
• 參考文獻89-93
• 致謝93-94
• 在校期間發(fā)表論文94

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 謝遠遠;王建華;;發(fā)散冷卻控制燒蝕過程的數(shù)值研究[J];航空動力學(xué)報;2008年08期

2 陶濤,吳海玲,彭曉峰,張志學(xué);多斜孔層板發(fā)散冷卻流動傳熱特性[J];航空發(fā)動機;2004年03期

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5 時駿祥;王建華;;發(fā)散冷卻最小冷卻介質(zhì)注射量的數(shù)值研究[J];航空動力學(xué)報;2007年02期

6 賈閃;王曉春;王建華;;具有發(fā)散冷卻功能的曲面結(jié)構(gòu)邊界層特性實驗和數(shù)值研究[J];航空動力學(xué)報;2010年02期

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本文編號：712323