航空发动机瞬态空气系统的类格子波尔兹曼算法研究

本课题研究采用类似格子波尔兹曼介观粒子动态演化、发展过程的方法对航空发动机瞬态空气系统网络的求解算法进行研究。主要采用格子波尔兹曼方法或格子气自动机的方法研究空气系统部件的流动与换热特性，将其瞬态流动与换热特性转化成类似格子波尔兹曼碰撞粒子的特性，在瞬态空气系统网络流路节点上进行"碰撞"，通过在各个节点上的碰撞演化，获得整个瞬态空气系统网络的压力、流量和温度分布结果。本课题采用这种创新的类格子波尔兹曼求解瞬态空气系统的方法，充分借鉴了格子波尔兹曼方法的优点来解决求解瞬态空气系统的难题。这种新算法的开发成功将可大大提高瞬态空气系统仿真的精度。

目前航空发动机的主要发展方向是高推比、低油耗、高可靠性和耐久性，先进发动机的推重比已经达到10以上，涡轮前进口温度已达到或超过了2000K，高效的冷却设计和热端部件的冷却技术成为了目前航空发动机的关键技术之一。 .航空发动机空气系统在热端部件的冷却、腔室封严、叶尖间隙控制、防冰等方面起着极为重要的作用，该系统直接影响了航空发动机的可靠工作及其性能和寿命，是发动机设计的最核心技术之一。在航空发动机的实际工作过程中，其工作状态往往处于变化之中，尤其是军用航空发动机经常进行的机动飞行，使得空气系统的状态参数随时间而发生显著变化。因此瞬态空气系统的研究决定了发动机能否安全可靠地工作，是发动机设计要解决的关键技术问题。.本课题的主要目标是研究出一种能适用于航空发动机空气系统的瞬态过程的算法。本课题开展了基于类格子玻尔兹曼方法的蒙特卡罗方法来求解瞬态空气系统的算法探索。针对出现的问题，在研究方法上进行了调整，在传统的网络法基础上，创造性地引入虚拟元件，采用了特征线法来建立了一整套求解瞬态空气系统的计算算法。并在此基础上，对瞬态空气系统中的主要特征元件如：直齿直通式篦齿封严结构、旋转孔口、旋转通道、盘腔结构等在开展了在瞬态条件下流动与换热特性的研究，建立起了一套完整的瞬态空气系统计算方法。并通过对一实际的空气网络，进行了瞬态特性的计算，获得了较为精确的结果，证明了该算法是有效可行的。.通过本课题的研究成果，可以实现对瞬态空气系统进行计算，可以分析系统中各个部件流动与换热特性以及它们对整个系统性能（流量和压力分布）随时间变化的影响，为国内航空发动机总体设计中的过渡态性能的设计提供了依据。