多项式温度分布下的自由盘湍流换热数值研究

王 蕾

(西安航空学院 飞行器学院，陕西 西安710077)

多项式温度分布下的自由盘湍流换热数值研究

王 蕾

(西安航空学院 飞行器学院，陕西 西安710077)

在航空燃气涡轮发动机的二次流空气系统中，涡轮盘腔的流动和换热问题具有复杂的热边界条件，其流场和换热特性对发动机的设计具有重要作用。基于单项式和多项式边界条件下的自由盘的湍流流动换热模型，应用FLUENT进行数值研究。通过与理论值的对比，验证了使用Relizible k-ε湍流模型用于研究自由盘面上湍流的适用性。研究发现，对于不可压的湍流，盘面的局部努塞尔数受温度分布的控制，盘面温度为任意n次多项式分布下的局部努塞尔数可由盘面温度按0-n次单项式分布时的结果导出。

数值模拟；自由盘；湍流；努塞尔数

0 引言

在燃气涡轮发动机的工作中，涡轮盘在外部的高温燃气和内部的冷却气的共同作用下，承受很高的热应力。对旋转盘腔冷却结构的研究，其内容通常是采用理论推导、实验测量、数值计算等手段考察几何条件、流动边界条件以及热边界条件对腔内流动规律以及转盘换热规律的影响[1-7]。由于实际发动机中旋转盘腔内的流动和换热规律极为复杂，理论研究方法仅对极少数简单的盘腔模型能得到较好的结果，而对绝大多数盘腔模型，还必须采用实验或数值计算方法进行研究。

自由盘是旋转盘的简化结构，是指被置于静止的流体自由空间中的旋转盘。虽然在发动机中没有自由盘的结构形式，但通过研究自由盘在复杂边界条件下的换热，能够为实际发动机中涡轮盘腔的流动和换热打下基础。……