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狭缝结构对船用排气引射系统性能影响的数值模拟研究

作　者: 元晓川
导　师: 张会生
学　校: 上海交通大学
专　业: 动力工程
关键词: 狭缝引射引射比壁面温度冷却气膜
分类号: U664.131
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

现代船用燃气轮机排气系统广泛使用红外抑制装置,通过引射大气中的空气来降低排气烟羽和排气管壁面的温度,以达到降低红外辐射,防御红外制导武器攻击的目的。船用排气系统一般由混合管及多层扩压环组成,扩压环之间的狭缝形成的引射流不仅增加了二次流的流量,也会在扩压环壁面上形成冷却气膜,起到了冷却抑制装置壁面的效果。目前的研究主要针对排气系统整体结构与性能,对引射流形成的气膜冷却问题研究较少,并且引射流入口处的狭缝多采用平行开口的形式,关于狭缝引射结构对系统引射性能和壁面冷却的研究目前较少。本文针对船用排气系统中的引射问题,采用数值模拟的方法,利用Fluent软件进行了热态情况下的数值模拟研究,主要工作包括:针对单级狭缝引射的问题,模拟了热态情况下的流动,给出了引射流的流动结构和特征;通过对分离再附漩涡位置的分析确定了冷却气膜的长度;研究了狭缝高度、重叠长度和主流速度对引射比、壁面温度和冷却气膜的影响。同时,设计了几种新型狭缝结构,并在新型狭缝结构的分析中确定了最佳倾斜角度和最佳弧形角度。针对多级狭缝引射的问题,分析了壁面长度对引射流动的影响,同时也讨论了上下游相邻狭缝之间的相互作用。定量地比较了各级狭缝的引射比和各级壁面温度的变化,并分析了各级壁面上的冷却气膜的变化,从而为排气引射系统的优化设计提供参考。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 研究背景与意义  9-11
  1.2 船用排气引射系统整体结构及国内外研究现状  11-17
  1.3 排气引射机理介绍  17-20
  1.4 主要研究内容  20-21
第二章狭缝引射的数值模型及边界条件  21-34
  2.1 数学模型与控制方程  21-24
  2.2 湍流模型  24-26
  2.3 壁面低雷诺数区域的处理方法  26-27
  2.4 压力校准方程  27-28
  2.5 离散方式  28-30
  2.6 线性化处理及线性方程组求解  30-31
  2.7 网格生成  31-32
  2.8 计算模型及其边界条件  32-33
  2.9 本章小结  33-34
第三章单级狭缝结构对排气引射性能的影响  34-73
  3.1 平行开口狭缝模型  34-58
    3.1.1 壁面温度的分布  35-37
    3.1.2 狭缝处静压场  37-39
    3.1.3 狭缝处速度场  39-42
    3.1.4 引射比的比较  42-44
    3.1.5 冷却气膜长度的确定及比较  44-54
    3.1.6 冷却气膜中脉动频率的分析  54-58
  3.2 倾斜开口狭缝模型  58-71
    3.2.1 最佳倾斜角度和弧形角度的确定  60-65
    3.2.2 倾斜结构对壁面温度的影响  65-68
    3.2.3 最佳模型气膜长度比较  68-71
  3.3 本章小结  71-73
第四章多级狭缝引射排气系统性能研究  73-102
  4.1 引言  73
  4.2 四级平行狭缝  73-91
    4.2.1 壁面长度对引射性能的影响  74-82
    4.2.2 各级壁面温度分布  82-87
    4.2.3 冷却气膜的分析  87-91
  4.3 四级倾斜狭缝  91-101
    4.3.1 四种最佳模型引射比的比较  92-94
    4.3.2 第一级壁面和第四级壁面的温度分布  94-97
    4.3.3 冷却气膜的比较  97-101
  4.4 本章小结  101-102
第五章总结与展望  102-104
  5.1 工作总结  102-103
  5.2 工作展望  103-104
参考文献  104-108
致谢  108-109
攻读学位期间已发表或录用的论文  109-111

狭缝结构对船用排气引射系统性能影响的数值模拟研究

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