针对航空发动机薄壁结构在高速流动下热声响应问题,采用有限体积法进行流体计算,有限元法进行结构计算,耦合FEM/BEM法进行声场计算。针对高温合金GH188四端固支薄壁板,考虑航空发动机典型工况,计算在热声流联合作用下结构动力学响应。开展四端固支金属薄壁板热声试验,进行数值模拟对比验证,证明了仿真方法的有效性。计算高速流动下金属薄壁结构热声响应,通过薄壁板应力功率谱密度(PSD)与应变响应,与无流动下薄壁板热声响应进行对比分析,研究高速流动对薄壁板动力响应的影响。为之后开展高速流动下热声响应特性分析提供参考依据。

为研究超临界二氧化碳干气密封密封环的变形分布,揭示工况条件对密封环变形的影响规律,在考虑CO2真实气体效应的同时,建立考虑密封环对流换热的热-流-固耦合计算模型,借助CFD和CSM计算机仿真技术,研究超临界二氧化碳干气密封动、静环在多重载荷共同作用下的变形规律。研究结果表明:密封环轴向最大热-流-固变形出现在耦合面,热变形和力变形方向相反,其中热变形起主导作用;转速增大,密封环最大轴向热变形和力变形增大,动环最大轴向热-流-固耦合变形减小;介质压力增大,动环和静环最大轴向力变形分别增大66.25%和6.18%,最大轴向热变形和热-流-固耦合变形均减小;进口温度上升,动环和静环最大轴向热变形分别增大40.79%和34.90%,最大轴向力变形基本不发生改变。

为研究齿廓修形对齿轮箱系统内部流场、温度场与应力场的影响,应用Pro/E对修形前后的齿轮箱系统进行精确建模;利用重叠网格法对齿轮箱系统进行流场计算,将稳定后的结果传递给齿轮固体边界进行温度场与应力场的求解,即对齿轮箱油浴润滑进行热-流-固耦合数值模拟计算;对比分析了不同修形工况下齿轮副端部润滑体积分数、箱体内部压强方差、齿轮固体本体温度与应力分布情况。研究结果表明,当选取b=1,即直线修形时,对齿轮温度场及应力场改善不大,修形效果不明显;选取b=2时,修形效果次之;选取b=1.22时,修形效果最优,但无论采用何种修形曲线,均能明显改善齿轮齿根应力集中现象。

通过建立轴向柱塞泵配流副的几何模型,利用雷诺方程推导了配流副的油膜压力方程,采用有限差分法和松弛迭代法求解雷诺方程。利用FORTRAN语言编程求解,利用MATLAB语言对油膜厚度、压力、温度分布进行了仿真研究。结合油膜厚度方程、雷诺方程、能量方程、弹性变形方程、黏温黏压方程和密度温压方程,仿真微观织构配流副的热弹流润滑特性。研究表明:配流副油膜厚度增大,最大油膜压力减小,最高温度值减小;配流副的热-流-固耦合效果随油膜间隙收敛逐渐明显,在最小油膜厚度处达到最大,并且,油膜压力值达到最大;加工微观织构可以显著改变配流副的油膜压力和温度分布。