旋转盘腔中通流孔的流动特性研究

发布时间：2020-09-18 09:20

　　 在航空发动机空气系统中旋转孔作为重要的节流元件,在空气系统流量的调节中起着重要作用。本文以不同倾角的孔为研究对象,采用数值模拟和试验的方法,研究了不同倾角下孔流动特性,为不同壁面上孔结构优化设计提供基础数据参考。论文首先介绍了试验方法,重点分析了旋转条件下流量测试的方法和相关封严措施。试验调试中发现,采用端式封严技术,可以有效的减小泄漏流量。随后介绍了计算方法,说明了湍流模型的选定依据,验证了数值计算方法的可靠性。比对结果表明,基于流体域相对转动的模拟方法配合Realizable湍流模型,可以较好的模拟旋转条件下小孔入流的流线收缩及出流的偏转,计算和试验相比最大误差为13%。在此基础上,针对转速N=0~3040rpm,本文试验研究了径向入流孔(180°孔)和倾斜孔(115°孔)在典型压比下的流动特性。试验中发现,同静止工况相比,旋转条件下两种类型旋转孔的流量系数均出现明显的减小。旋转数Ro=0.67,180°孔的流量系数相比静止工况减小了65.8%;旋转数Ro=0.58,115°孔的流量系数减小了33.7%。相同旋转数下,两种类型的旋转孔流量系数基本不随压比的变化而改变。当压比保持不变的时候,两种类型旋转孔的流量系数都随着旋转数的增大而降低。从旋转数Ro=0到Ro=0.31,180°孔的流量系数减小了31.6%,115°孔的流量系数减小幅度达到了14.3%。通过针对试验工况的数值模拟,发现旋转条件下,由于孔入射角的增大,导致孔的有效流通面积减小,在离心力及其衍生的哥氏力综合作用下,使得小孔的通流能力降低,相应的流量系数减小。当旋转数Ro增加后,孔内的流动分离现象增强,使得小孔的流量系数进一步降低。进一步比对180°孔和115°孔的流动特性,可以发现在相同旋转数下,由于科氏力和离心力的影响不同,115°倾斜孔的流量系数更大。这种差异的主要原因是随着孔角度的增大,流体用于克服离心力和科氏力做功动能损失增大,导致流量系数降低。随后,论文针对不同倾斜角度、长径比的旋转孔,开展了流动特性的数值仿真研究。结果中发现:随着倾角的增大,孔流量系数逐渐减小。在旋转数Ro=0.69时,倾角从90°增加到180°,降幅达到了27.5%。当长径比变大,流量系数也随之增大。当长径比L/d=1增大到2时,静止条件下流量系数增大了3.5%,旋转条件下流量系数增大了16.2%,相比静止条件,由于旋转条件下孔内流动分离较大的原因,长径比对流量系数影响更为突出。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V231
【部分图文】：

图 1. 1 压比改变时雷诺数对孔流量系数的影响[6]mpard[12]对长径比、压比、孔入口倒圆、倒角等对静止孔流量系数的止条件下，当孔为长孔时，随着压比的增大，孔流量系数逐渐增大够增大孔的流量系数。随后 Idris 和 Pullen[13]继续了前人的研究，总数随着压比、雷诺数、长径比和倒圆、倒角的能够参数变化的经验件下轴向孔流动特性研究现状对旋转条件下孔的流动特性研究起步相对较晚，基于静止孔流量系流量系数进行了气动参数和结构参数相关影响因素的研究，主要包圆和入射角。数对孔流动影响对旋转条件下孔的流动特性研究起步相对较晚，Meyfarth 和 Shine性进行了研究，试验中改变了孔的数量、直径和排列方式，结果发

本章对 180°孔（径向旋转孔）和 115°倾角旋转孔的试验模型试验过程中测点进行了详细介绍，同时对静止条件下 180°孔试验结果与与经验关系式计算结结果进行验证，从而确保试验的精准度。 研究对象本文的主要试验研究对象有两种类型的旋转孔：180°孔（如图 2.1（a）所示），拐角旋转孔孔（如图 2.1（b）所示）。（a）180°孔（径向孔）示意图

寸示意图 (b) 115° 壁面拐角处旋转孔尺寸示意图图 2. 2 试验孔尺寸示意图2.2 参数定义旋转条件下孔流量系数dC 定义为过孔的实际流量与理想流量之比，本文采用的流量系数计算公式为 Maeng[17]推导的公式 (2-1)： * *1 12/ ( 1)/*1/ ( )2[(1/ ) (1 ) (1/ ) ]( 1)actdrotm T P ACTR T （2-1）2T2hrotpRC （2-2）*12PP （2-3）其中，actm为流体经过孔的实际流量(kg/s)；*1T为入口总温(K)；*1P为入口总压(Pa)；A 为垂直于孔轴截面面积(3

本文编号：2821460