[发明专利]低速条件下旋转盘表面换热系数的温度边界条件修正方法

说明书

本发明属于航空发动机温度控制技术领域，具体涉及低速条件下旋转盘表面换热系数的温度边界条件修正方法。该方法包括以下步骤；第一步，获取旋转盘表面温度T_w；第二步；得到旋转盘表面过余温度T_w‑T_f＝cr^j单项式分布时，不可压流下的旋转盘表面努赛尔数Nu_r,j(incp)；第三步；对旋转盘表面努赛尔数进行温度分布修正，得到温度分布修正后的努赛尔数Nu_r,step1；第四步；对温度分布修正后的努赛尔数Nu_r,step1进行温度水平修正，得到最终修正后的旋转盘表面努赛尔数Nu_r,step2。采用本方法所获得的努赛尔数值更接近于真实发动机工况下的值；本方法计算过程简单，清晰明了；对其简单温度边界条件下得到的换热实验数据或者计算数据的推广具有重要意义。

技术领域

本发明属于航空发动机温度控制技术领域，具体涉及低速条件下旋转盘表面换热系数的温度边界条件修正方法。

背景技术

现代航空发动机的发展趋势是不断地提高发动机的推重比、降低耗油率和增强可靠性。实现前两者的有效途径是增加压气机压缩比和提高涡轮进口温度，其中，涡轮盘的换热问题直接关系到发动机的效率、寿命和可靠性。

目前对旋转盘腔的稳态或瞬态换热的实验研究中，由于多数实验是在盘面温度分布相对简单或温度水平相对低的情况下进行的，而自由盘层流和湍流换热的理论解表明热边界条件的不同会导致换热系数产生较大差异，若要使实验结果应用于温度边界条件复杂、温度水平较高的实际发动机中，就会出现不适用等问题，因此需要寻求将简单热边界条件下得到的旋转盘腔换热试验结果推广至具有复杂热边界条件的实际发动机涡轮盘时的修正方法。

发明内容

本发明目的是：为解决上述问题，本发明以航空发动机涡轮盘腔换热分析中最为典型的自由盘模型为例，提出一种低速条件下旋转盘表面换热系数的温度边界条件修正方法，利用该方法，可将对接近常温的等温盘通过实验测量得到的换热数据推广至温度分布复杂、温度水平较高的旋转盘上。

技术方案是：一种低速条件下旋转盘表面换热系数的温度边界条件修正方法，包括以下步骤：

第一步；获取旋转盘表面温度T_w；

第二步；得到旋转盘表面过余温度T_w-T_f＝cr^j单项式分布时，不可压流下的旋转盘表面努赛尔数Nu_r,j(incp)；其中j＝1...n，T_w为盘面温度，T_f为来流温度，r为盘半径，c为常数。

第三步；对旋转盘表面努赛尔数进行温度分布修正，得到温度分布修正后的努赛尔数Nu_r,step1；

第四步；对温度分布修正后的努赛尔数Nu_r,step1进行温度水平修正，得到最终修正后的旋转盘表面努赛尔数Nu_r,step2。

具体的，首先获得接近常温时等温盘沿半径方向的温度T_w或盘面的局部努赛尔数Nu_r,exp；获得的方法是通过试验获取或数值仿真。

在获得盘面过余温度T_w-T_f＝cr^j按单项式分布时，不可压流下的盘面局部努赛尔数Nu_r,j(incp)，其中j＝1...n，T_w为盘面温度，T_f为来流温度，r为盘半径，c为常数，局部努赛尔数不随c的改变而变化；

之后，将盘面的过余温度T_w-T_f按式(1)任意多项式分布进行拟合：