道格拉斯L.桑达克波士顿大学
丹尼尔J.多尼弗吉尼亚联邦大学（现为美国宇航局马歇尔航天飞行中心）
喷气发动机涡轮叶片内部的非定常温度分布难以准确预测，因此必须采用较大的安全裕度来确保热点和热循环不会损坏叶片。改进的温度预测可以导致更高的热效率和更长的叶片寿命。
在计算叶片温度时，通常假设表面是绝热的，但实际上叶片和工作流体之间存在大量的热传递。因此，为了准确地模拟叶片表面温度，需要耦合非定常流动和传导传热求解器。
在本澳门威尼斯人注册网站研究中，开发了一个非定常三维有限差分导热求解器来计算涡轮叶片内部的温度场。它与一个非定常的、三维的、可压缩的、湍流的、有限差分的Navier-Stokes解算器相结合。计算了具有典型喷气发动机非均匀进口温度分布（热条纹）的单级涡轮内的流动和换热，并对转子叶片内的非定常温度场进行了详细的澳门威尼斯人注册网站研究。
在流动求解器中，采用隐式时间推进有限差分格式求解Navier-Stokes方程。该方法在时间上具有二阶精度，在空间上具有三阶精度。采用近似分解法和块三对角线求解器对方程进行求解。采用类似的方法求解非定常热方程。
在10%、30%、50%、70%和90%跨度下，转子温度的瞬时曲线均可显示。从图中可以看出，热斑已经向转子的尖端迁移，因为最热的部分是在70%的跨度，热斑是在40%的跨度引入的。
转子温度变化显示在0%，25%，50%和75%的周期周期在30%和70%的跨度。当热条纹与叶片相互作用时，显示出强烈的温度变化。
在进口边界处以40%的跨度引入了双曲切线形状的圆形热条纹。瞬时温度等面显示了热条纹与叶片和转子叶片之间的相互作用。为了说明叶片的周期性，我们在周向上复制了一个转子叶片。
仿真中的实际区域包含一个叶片和两个转子叶片。在这个图中（顶部），为了清晰起见，域在圆周（周期）方向上被复制。每个通道都用重叠的h网格（红色）和o网格（桃红色）建模。流是从左到右的。转子叶片（下游叶片排）相对于叶片运动，流道在转子下游是静止的。当转子叶片完成叶片的每个遍历时，它们在周向棘轮回到域的顶部。
非定常温度迹线显示在转子前缘，30%跨度，在不同深度沿平均凸轮线。100%深度定义为0.05弦的距离。
将耦合模型的计算结果与常用绝热叶片表面边界条件下的模拟结果进行了比较。叶片内换热对非定常温度有很强的阻尼作用。
发表于AIAA论文99-2521，也是AIAA Journal of Propulsion and Power， Vol.16, No.6
硬件：SGI Origin 2000。软件:MPI。图形编程：Erik Brisson和Kathleen Curry，波士顿大学科学计算和可视化组。