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基于Gasturb软件的发动机性能计算.rar

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    编号:20181030002725313    类型:共享资源    大小:2.99MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-30
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    基于 Gasturb 软件 发动机 性能 计算
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    本科毕业设计(论文)基于 Gasturb 软件的发动机性能计算学生姓名: 王彤晖 专 业: 飞行器动力工程 学 号: 110141126 指导教师: 张银波 所属学院: 航空工程学院 二〇一五年六月中国民航大学本科毕业设计(论文)基于 Gasturb 软件的发动机性能计算The Performance Calculation of Turbofan Engine Based on Gasturb 学生姓名:王彤晖专 业:飞行器动力工程学 号:110141126指导教师:张银波学 院:航空工程学院2015 年 6 月中国民航大学本科毕业论文创见性声明本人声明:所呈交的毕业论文是本人在指导教师的指导下进行的工作和取得的成果,论文中所引用的他人已经发表或撰写过的研究成果,均加以特别标注并在此表示致谢。与我一同工作的同志对本论文所做的任何贡献也已在论文中作了明确的说明并表示谢意。毕业论文作者签名: 签字日期: 年 月 日本科毕业设计(论文)版权使用授权书本毕业设计(论文)作者完全了解中国民航大学有关保留、使用毕业设计(论文)的规定。特授权中国民航大学可以将毕业设计(论文)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计(论文)的复印件和磁盘。(保密的毕业论文在解密后适用本授权说明)毕业论文作者签名: 指导教师签名:签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日中国民航大学本科毕业论文I摘 要利用计算机技术进行数值仿真已在发动机的研究设计领域得到广泛的应用,给发动机的研制带来的很大的方便。大涵道比涡扇发动机是当前民用航空发动机的主流,利用数值仿真软件研究其共同工作和三大特性,能够以十分经济和高效的方法得到分析数据,应用于民用航空发动机的研制、生产和使用中,促进民航事业的发展。Gasturb 软件在国内外航空发动机的研制领域有着广泛的应用,有着完善的参数分析功能。因此可以通过学习 Gasturb 的基本功能,利用其数值计算模块进行大涵道比涡扇发动机的设计点数值计算,详细了解各个站位的参数值信息;利用其共同工作线绘制模块和内置参数生成低压高压压气机共同工作线,分析工作线的位置与设计参数的关系;利用参数分析模块绘制转速、高度和速度三大特性图,分析大涵道比涡扇发动机的性能特点。关键词:数值仿真;涡扇发动机;Gasturb;共同工作;三大特性中国民航大学本科毕业论文IIAbstractThe numerical simulation of the engine has been widely used in the field of engine design, which brings great convenience for the development of the engine design. High bypass ratio turbofan engine is the mainstream of the current civil aviation engine. Using numerical simulation software to study its co-operating work and the three major characteristics, we can get analysis data in a very economical and efficient method and be used for the research, production and maintenance quickly, which can promote the development of civil aviation. Gasturb software is widely used in the field of domestic and foreign aviation engine design. It has a perfect parameter analysis function. So we can learn the basic functions and calculate the design point value of a high bypass ratio turbofan engine using its numerical computation module, which bring us a detailed understanding about the parameters information of the every station. We can also print the operating line of low-pressure and high-pressure compressor using operating line module and the built-in parameters so that helping analyze the relationship of operating line and design parameters. Finally, in order to draw speed, altitude and velocity characteristic diagram and analyze the performance characteristics of a high bypass ratio turbofan engine, we have to study the parameters analysis module of the software.Key Words: Numerical Simulation; Turbofan Engine; Gasturb; Co-operating; Engine Three Major Characteristics 中国民航大学本科毕业论文III目 录摘 要 ....................................................................................................................................IAbstract ................................................................................................................................II第 1 章 绪论 ........................................................................................................................11.1 发动机数值仿真技术 ............................................................................................11.2 Gasturb 软件综述 ..................................................................................................1第 2 章 发动机的共同工作与三大特性 ............................................................................42.1 稳态下的共同工作 ................................................................................................42.2 过渡态的共同工作 ................................................................................................62.3 发动机的三大特性 ................................................................................................6第 3 章 程序分析 ................................................................................................................83.1 设计点计算程序 ....................................................................................................83.1.1 设计点参数计算 ..........................................................................................83.1.2 热力循环 T-S 图和 P-V 图 .......................................................................113.2 输出共同工作线 ..................................................................................................133.2.1 非设计点参数输入 ....................................................................................133.2.2 共同工作线输出及分析 ............................................................................133.3 发动机特性图 ......................................................................................................163.3.1 转速特性图 ................................................................................................163.3.2 高度特性 ....................................................................................................203.3.3 速度特性 ....................................................................................................22第 4 章 结论 ......................................................................................................................264.1 结果分析 ..............................................................................................................264.2 Gusturb 应用展望 ................................................................................................27参考文献 ..............................................................................................................................28致 谢 ..................................................................................................................................29附录:外文翻译资料 ..........................................................................................................30第 1 章 绪论1第 1 章 绪论1.1 发动机数值仿真技术航空燃气涡轮发动机,以其设计难度大,研制周期长等特点,被誉为“工业皇冠上的明珠” ,世界各主要强国均不惜投入巨额人力、物力、财力研制更高性能的航空发动机。然而,航空发动机设计过程中的数据之庞大、计算之复杂,阻碍着我国乃至世界航空发动机的研制进展。近年来,由于计算机的兴起所出现的数值仿真技术,在航空发动机的研制领域得到了广泛的应用,出现了很多用于发动机数值仿真的软件。它们在很大程度上弥补了发动机设计中难以实验的不足,起到了辅助发动机设计和缩短研制周期等作用,并以经费少、风险小、安全可控、可重复计算等优点,迅速为各航空发动机研发强国所重视。目前,国外该方面的数值仿真软件主要有,美国 NASA 的 NPSS 系统、俄罗斯中央航空发动机研究院的 CCTES、英国剑桥大学 Whittle 实验室的 Denton 和 Dawes软件、欧洲国家航天实验室 NLR 的 GSP 软件以及本文所用的德国 Gasturb 软件 [1]。我国如果想要在航空发动机研究领域追赶并超越其他航空强国,就必须研究国外相关软件的设计思路和功能组成,取各家之长,并在其基础上创新开发出我国自己的发动机数值仿真系统,才能更好的提升我国的发动机研制和试验水平。1.2 Gasturb 软件综述GasTurb 软件是由德国 MTU 公司 Joachim Kurzke 博士所开发的,是一款用于分析和计算燃气轮机、航空发动机和地面燃气轮机性能的软件 [2]。在当今全世界的燃气轮机性能分析软件中也是首屈一指的,最新更新的软件版本为 GasTurb 12。GasTurb 可实现涡喷、涡扇、涡桨、涡轴和冲压发动机以及地面燃气轮机的整机热力学循环计算或性能分析。还可以得到每个部件的性能参数计算结果;分析发动机的试车数据,有助于判断运行状态;进行发动机热力学性能快速设计等功能。GasTurb 软件的使用单位主要分布在南北美洲、欧洲和亚洲的航空航天公司、航空发动机制造商和研究机构等。而且目前,国内许多航空航天院校、航空发动机研究所、发动机制造厂和一些主机所都已购买了 GasTurb 。GasTurb 软件包括 GasTurb 12、GasTurb Details、Component Map Collection,Smooth C、 Smooth T 和 GasTurb Names 等 6 个模块。GasTurb 12 是GasTurb 软件的核心计算模块,能够在各种发动机的模型下进行详细的设计点参数计算,非设计点性能分析,初步结构方案设计并提供计算截面气动参数,预估发动中国民航大学本科毕业论文2机的设计重量和尺寸等,具体功能如下:(1) 计算对象GasTurb 12 内置的模型包括各种类型的航空涡轮发动机和冲压发动机以及地面用燃气轮机,具体分类在表 1 中详细列出。表 1 GasTurb 12 计算对象航空发动机 地面燃气轮机混合排气 带回热涡扇发动机分开排气 单轴燃机 带二次燃烧单轴 自由涡轮驱动低压压气机涡喷发动机双轴 高压涡轮驱动低压压气机单轴 带回热双轴双轴燃机带二次燃烧涡桨发动机三轴 三轴燃机 带级间冷却单轴涡轴发动机自由涡轮冲压发动机(2) 设计点性能分析GasTurb 12 提供了多样的发动机及燃气轮机模型来进行设计点分析,并且在计算中考虑了气体的变比热,并且还在计算参数中加入了空气系统和发动机功率提取等实际情况,同时也没有忽视高空雷诺数的修正等精确计算中要注意的问题。GasTurb 12 的设计点性能计算和参数分析十分强大,有利于用户快速准确合理地确定发动机的设计点性能,这些功能具体包括:a.设计点单点性能计算由用户给定输入参数,程序检查合理后会进行热力循环计算,得到热力学性能参数计算结果。b.单参数或双参数性能分析完成热力循环计算后,还可生成单个参数对发动机机性能参数的影响曲线,程序最多允许同时分析两个参数变化对发动机性能的影响。c.单一参数优化功能d.参数细微变化影响分析e.蒙特卡罗算法(3) 非设计点性能分析
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