面式空气—滑油散热器设计及性能研究

发布时间：2020-08-25 15:02

【摘要】：随着时代的进步与发展,人们对飞机的综合性能提出了更高的要求,机载电子设备数量及种类的不断增多,集成程度的提高,整机热负荷和热流密度随之急剧增大,如何将这些热量及时有效排放到外界,关乎到飞机飞行安全性及相关设备的工作性能、使用寿命。改善飞机冷却系统,提升其散热量,逐渐成为人们的关注焦点。为此,本文设计了一种面式空气一滑油散热器,能够提升飞机发动机滑油系统的冷却能力和散热效率,可应用于商用大飞机,有效应对飞机在近地面低速滑行时发动机产生巨大热量的问题。论文的主要工作分为以下几个部分:第一,本文首先对飞机发动机的滑油冷却方式进行简单介绍,并对比不同类型滑油散热器的优劣性。对面式空气—滑油散热器的工作原理、安装位置及结构设计进行详细说明,并对其热量传递过程做了详细的分析。第二,针对散热器肋片,采用理论计算和数值模拟分析了在有无空气旁流的状态下散热器的热阻和空气压降与来流空气速度的变化规律。搭建小型低速风洞试验台,实验结果表明,有旁流条件下实验与理论误差在25%以内,以此验证数值模拟的边界条件设置合理性、数值模拟结果可靠性。研究了实际工况下散热器的传热和流动规律,得到了在实际工况下肋片的最佳参数:N=44/t=1.0。第三,针对散热器的流道,选取三种不同的流道结构:无流道,S型和并型流道,并对比了不同流道结构的流体状态、进出口压降、流量均匀性等流动特性。针对S型流道压降大、并型流道流量均匀性差的问题,基于S型流道进行流道分叉设计和结构优化,采用正交实验和极差分析对改进方案进行评估和评价,分析结构参数对流动状态的敏感特性,为滑油散热器的流道设计方案提供理论依据。第四,针对整个散热器,以单元模型为计算基础,采用不同的计算域划分方法进行整个散热器的计算分析,二者的误差在2%以内,验证了计算域划分方法对结果的无差别性以及数值计算的可靠性。将最优的流道方案与最佳的肋片参数结合,计算面式空气—滑油散热器在实际工况下的散热量及滑油压降,最终优化后的散热器在实际工况下的散热器量为23.072KW,滑油压降为298.522Kpa。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V245
【图文】：

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２．２面式空气一滑油散热器的原理及设计逡逑涡轮风扇发动机由风扇、高低压气机、燃烧室、高低压涡轮等部分组成，其逡逑工作原理如下图２．２所示。润滑系统是发动机系统中的重要成员，而滑油散热器逡逑则是润滑系统的关键部分之一，目前的飞机发动机滑油冷却形式主要是通过燃油逡逑冷却和空气冷却两种形式。一般而言，飞机上的滑油冷却形式比较单一，只采用逡逑燃油冷却，极少数的发动机类型同时采用两种滑油冷却形式，当同时采用两种冷逡逑却方式时，燃油冷却为主要的冷却形式，空气冷却作为补充作用，因此燃油冷却逡逑后的滑油将继续由空气一滑油散热器为它进一步冷却，同时采用燃油冷却、空气逡逑冷却的滑油冷却过程如下图２．３所示。燃油一滑油散热器是将滑油的热量传递给逡逑燃油（防止燃油中的水分结冰），使得滑油的温度控制在安全范围内；空气一滑逡逑油散热器是通过空气吸收滑油的热量，从而达到给滑油降温的目的，常见的空气逡逑一滑油散热器有两种形式：调压活门滑油系统中独立存在的空气冷却滑油散热器

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涡轮风扇发动机工作原理图

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滑油冷却过程示意图

【参考文献】