航空发动机新型3D打印紧凑换热器设计与性能研究
发布时间：2020-05-20 23:37
【摘要】：航空发动机的热效率和经济性是评价其性能的重要指标,在航空发动机发展进程中,热管理技术可有效提升发动机的效率和经济性,因而近年来引起人们的广泛关注。在航空发动机的热管理技术中,紧凑高效的换热器设计与研制对提升航空发动机热管理技术水平具有重要的意义。当前正在快速发展的3D打印技术能够高精度制造出各种复杂、薄壁、轻质的结构件,使得更加复杂精细的紧凑换热器结构设计成为可能,同时使得新型换热器的研制周期大大缩短。3D打印技术的应用可以丰富对换热器的设计,有助于提高换热器的换热性能和紧凑度,从而满足现代航空应用中对换热器轻质高效的要求。本文以航空发动机空-空换热器为研究目标,以3D打印可实现技术为前提,优化设计一款航空发动机换热器,希望能够在原有的板翅式换热器基础上不降低换热性能的前提下实现体积及重量降低20%。本文首先根据换热器的设计要求,创新地设计了热侧翼型通道和通道内翅片布置的紧凑换热器,所设计的紧凑空-空换热器同时满足工况要求和3D打印要求。开发完善了基于效能-传热单元数法(η-NTU法)的适合于空-空换热器的热力设计程序。在完成新型紧凑换热器结构设计的基础上,本文利用商业流体计算软件ANSYS-FLUENT,对所设计的新型换热器在真实工况点下的性能进行了数值模拟研究。数值模拟的结果显示,热气出口温度和热力计算结果对照良好,能够满足换热能力要求;但热气压降和冷气压降与热力计算结果差距较大,前者可以很好地满足压降要求,后者则与压降要求有一定的差距。此外,通过换热器内部的一些温度、压力云图以及流线图,分析了新型换热器内部的流动换热特点以及翅片对新型换热器内部流场的影响。
【图文】：
印刷板式换热器（ＰＣＨＥ）在上世纪８０年代由Ｒｅａｙ等人［１５］提出，其得名是逡逑由于组成芯体的板与印刷电路板的制造工艺类似，流体的流动通道经化学蚀刻而逡逑成，如图１－３所示＾邋ＰＣＨＥ的设计优势在于其流动通道轮廓的灵活性，且紧凑度逡逑非常高，通常ＰＣＨＥ的换热面积与体积之比可超过２５００ｍ２／ｍ３，在相＿换热效率逡逑下，ＰＣＨＥ的重f埻ǔ１裙芸鞘交蝗绕餍。矗侗叮郏保叮保垮澹校茫龋磐ǔ２捎貌ㄎ仆ǖ溃义掀浜么υ谟谑沽魈逶诹鞫讨胁欢细谋淞飨颍忧苛魈逶诹鞫讨械娜哦藻义霞岸员呓绮愕钠苹担佣忧炕蝗取＃危椋耄椋簦椋畹龋保保罚笔匝檠芯苛隋澹谧中屯ǖ溃校茫龋佩义系牧鞫蝗忍匦裕芙岢隽斯赜诶着凳模植炕蝗认凳胙沽λ鹗凳健ｅ义希危椋螅瑁椋恚酰颍岬龋郏保福荻攒葡也ㄎ仆ǖ溃校茫龋旁诓懔骱屯牧髯刺碌牧鞫蝗冉惺匝殄义涎芯浚隽瞬懔骱屯牧鞯睦着凳独澹⑻岢隽司植磕Σ烈蜃觩豪着凳涞腻义瞎叵怠＃停铮瑁幔睿恚澹涞龋保保梗蓖ü的Ｄ猓常畔也ㄎ仆ǖ溃校茫龋旁诓懔髯刺碌娜肟谇义嫌蛄鞫纯觯治銎绽侍厥屠着凳曰蝗刃Ч挠跋欤峁砻魉孀爬着凳鲥义洗，
本文编号：2673379
【图文】：
印刷板式换热器（ＰＣＨＥ）在上世纪８０年代由Ｒｅａｙ等人［１５］提出，其得名是逡逑由于组成芯体的板与印刷电路板的制造工艺类似，流体的流动通道经化学蚀刻而逡逑成，如图１－３所示＾邋ＰＣＨＥ的设计优势在于其流动通道轮廓的灵活性，且紧凑度逡逑非常高，通常ＰＣＨＥ的换热面积与体积之比可超过２５００ｍ２／ｍ３，在相＿换热效率逡逑下，ＰＣＨＥ的重f埻ǔ１裙芸鞘交蝗绕餍。矗侗叮郏保叮保垮澹校茫龋磐ǔ２捎貌ㄎ仆ǖ溃义掀浜么υ谟谑沽魈逶诹鞫讨胁欢细谋淞飨颍忧苛魈逶诹鞫讨械娜哦藻义霞岸员呓绮愕钠苹担佣忧炕蝗取＃危椋耄椋簦椋畹龋保保罚笔匝檠芯苛隋澹谧中屯ǖ溃校茫龋佩义系牧鞫蝗忍匦裕芙岢隽斯赜诶着凳模植炕蝗认凳胙沽λ鹗凳健ｅ义希危椋螅瑁椋恚酰颍岬龋郏保福荻攒葡也ㄎ仆ǖ溃校茫龋旁诓懔骱屯牧髯刺碌牧鞫蝗冉惺匝殄义涎芯浚隽瞬懔骱屯牧鞯睦着凳独澹⑻岢隽司植磕Σ烈蜃觩豪着凳涞腻义瞎叵怠＃停铮瑁幔睿恚澹涞龋保保梗蓖ü的Ｄ猓常畔也ㄎ仆ǖ溃校茫龋旁诓懔髯刺碌娜肟谇义嫌蛄鞫纯觯治銎绽侍厥屠着凳曰蝗刃Ч挠跋欤峁砻魉孀爬着凳鲥义洗，
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