了解涡轮机内部湍流的物理特性

2018-12-28 09:38:47
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南安普顿大学的研究人员旨在为航空发动机涡轮机内的湍流物理学提供新的视角。

涡轮机叶片的空气动力学影响发动机的效率,而从极热气体到涡轮机叶片的热传递对涡轮机的寿命有害。

为了确定湍流和流动不稳定对空气动力学和从气体到金属叶片的热传递的影响,有必要了解流动中的所有时间和空间尺度。

然而,迄今为止,实验测量无法提供足够深度的数据来识别所有基本机制并解释当前使用的设计工具的弱点,因为难以执行发动机级实验并获得空间和时间分辨数据。

由流体动力学和气动声学教授Richard Sandberg领导的南安普顿研究小组,包括Andrew Wheeler博士和Neil Sandham教授,已经确定了直接数值模拟(DNS),这是一种基于第一原理的无模型方法(无假设或使用建模)可以帮助更好地理解湍流现象在流场中的作用,并确定当前湍流模型的有效性。

为了进一步开展这项研究,该团队通过欧洲先进计算合作伙伴(PRACE)的资助,在德国斯图加特的一台超级计算机上获得了3500万小时的计算时间。该团队还在美国获得了一笔资金,用于在Oak Ridge国家实验室的世界第二快的超级计算机(Titan)上获得另外1000万小时的CPU时间。对应于单个处理器上超过5000年的计算的组合分配将用于执行航空发动机的涡轮机的流动模拟。

桑德伯格教授说:“对于这个项目,我们将使用在南安普顿开发的软件,并证明它对于大型并行计算非常有效。结果将提供一个有价值的基准,可用于验证和改进当前和未来的建模这种湍流模型的准确性对于高性能航空发动机的发展至关重要。“

该项目与世界领先的飞机发动机供应商GE密切合作,后者正在提供技术支持,并将在数据分析中发挥不可或缺的作用。通用电气将能够在其国际航空发动机业务中实施这项工作的成果,因此除了在主要期刊上发表科学出版物外,这项工作还有可能为全球航空业带来重大变革。

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