燃烧室-涡轮耦合流动传热超大涡模拟研究

• 作者: 周洁 宛鹏翔 韩省思 毛军逵 毕帅 蔡可信
• 来源期刊: 推进技术
• 学科: 航空航天
• 关键词: 大涡模拟 涡轮传热 预混燃烧 湍流燃烧 耦合
• 年，卷（期）: 2022,（3）
• 所属期刊栏目: 燃烧 传热 传质|Combustion, Heat and Mass Transfer
• 页码范围: 238-248
• 页数: 11页
• 分类号: V231.1
• 语种: 中文
• DOI: 10.13675/j.cnki.tjjs.200370

摘要

为了准确预测发动机燃烧室和涡轮耦合复杂气热环境下涡轮部件的流动和换热特性,应用基于BSL k-ω湍流模型的高精度超大涡模拟方法(VLES),以及SST k-ω雷诺平均湍流模型对雷诺数为Re=3.8×105的高压涡轮导叶在均匀进口条件以及燃烧室-涡轮耦合情况进口条件下的涡轮流动和传热进行了数值研究.耦合火焰面生成流型(FGM)燃烧模型和VLES湍流模型,对GE LM6000燃机燃烧室进行了数值计算,验证了非稳态燃烧计算的精度和可靠性.研究表明,均匀涡轮进口条件下,VLES方法能够更准确地捕捉到高压涡轮叶栅内的非定常流动结构和传热特征,包括吸力面尾缘处出现的弱激波以及在叶片前缘上下端壁形成且向下游发展的马蹄涡,而SST k-ω湍流模型捕捉涡系能力较弱,导致叶片表面压力和换热分布的差异.在燃烧室-涡轮耦合计算中,基于VLES-FGM方法的数值计算预测到燃烧室出口/涡轮进口位置存在明显残余旋流.燃烧室出口速度和温度畸变对下游涡轮叶栅内流动和换热影响显著,加剧了涡轮通道内流动和传热的非稳态特征.表明燃烧室和涡轮耦合对于准确预测和研究涡轮相关的流动和传热特性具有显著影响.