叶轮式通风器不同参数对其性能影响研究
发布时间：2021-02-09 13:28
叶轮式通风器作为航空发动机滑油系统的重要部件,其主要作用是对油气混合物中的滑油进行有效分离。与离心式通风器相比,叶轮式通风器通常是置于附件机匣或轴承腔内的离心叶轮,没有外壳体,直接装于传动轴上,省去了外部排气管与飞机接口的框架支板等装置,使结构紧凑,减轻了发动机重量,因此,在近现代得到了大量的使用。目前,航空领域对通风器性能的研究方法多为实验与数值仿真,实验研究往往受到试件加工量、流场控制及测量手段的限制,使其并不能对所有影响因素进行实验,数值仿真多是探讨工况参数对通风器性能的影响规律。工程中有诸多因素影响通风器性能,但并未对因素显著性及最优水平进行评估,且建立考虑多种因素的通风器性能预测模型仍为研究难点。本文采用数值仿真的方法对叶轮式通风器分离及阻力特性进行研究,通过RNG k-ε模型和DPM模型相耦合的方法对叶轮式通风器内部两相流场进行计算,并把计算值与实验值进行对比,验证数值计算方法的准确性,在此基础上,研究了不同入口平均粒径、通风量、转速、温度、油气比、叶片个数、叶片外径、叶片内径、叶片角度、通风器厚度、通风孔面积、外缘挡板长度和出油孔尺寸对通风器分离及阻力特性的影响规律,并基...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空发动机航空发动机滑油系统所采用的典型通风
哈尔滨工程大学硕士学位论文18第3章叶轮式通风器内部流场分析叶轮式通风器内部涉及复杂的油气两相流动，具有高转速、强湍流、两相分离的特点，其内部流场分布特点直接影响了通风器性能。两相流计算模型主要包括欧拉-欧拉模型和欧拉-拉格朗日模型，其中稠密两相流多用欧拉-欧拉模型进行研究，而稀疏两相流主要利用欧拉-拉格朗日模型进行研究。本文所研究的叶轮式通风器两相油气比大约为1%，油滴的体积分数远小于10%，属于稀疏两相流，故采用欧拉-拉格朗日模型对其内部两相流场进行研究，即采用欧拉方法对气相流场进行计算，采用拉格朗日方法对油滴运动轨迹进行追踪。在此基础上，分别对气相运动轨迹、速度尝压力场和油滴空间分布进行分析，从机理上揭示通风器分离及阻力特性，为其进一步优化设计提供参考。3.1模型建立及网格划分航空发动机滑油系统所采用的典型通风器有离心式通风器和叶轮式通风器。相对于离心式通风器，叶轮式通风器结构更为紧凑，且分离效果更佳。本文所研究的叶轮式通风器结构如图3.1所示，通过数值仿真对其内部两相流场进行计算，并研究不同工况和结构参数对其分离及阻力特性的影响规律。图3.1叶轮式通风器实物图叶轮式通风器通常是置于附件机匣或轴承腔内的离心叶轮，一般直接装于传动轴上，与离心式通风器相比，它没有外壳体，故需把其内置于实验段内进行研究，实验段结构如图3.2所示。在具体工作过程中，由雾化发生器产生的油滴与气体混合形成油气混合物，经进气管流入实验段，由于空心轴带动通风器做高速的旋转运动，从而带动油气混合物高速旋转，基于油滴与气体密度的不同，所受离心力不同发生分离，分离后的油滴沉积至底部被收集，部分未被分离的油滴跟随气体在压差的作用下流经通风孔，并从空心轴出口端排出。
第3章叶轮式通风器内部流场分析191入口；2内腔；3叶轮式通风器；4通风孔；5出油口；6空心轴；7出气口图3.2叶轮式通风器实验段结构简图3.1.1模型建立为与实验结果相互验证，数值模拟是基于上述叶轮式通风器实验系统平台进行的，物理模型与实验系统的叶轮式通风器实验段相同，利用Solidworks软件建立计算域实体，并对部分结构进行简化，如图3.3所示，其中主要包括：实验段壳体、叶轮式通风器、传动与通风用的空心轴等。（a）整体结构（b）局部结构图3.3物理模型3.1.2网格划分良好的网格划分是数值仿真计算的基础，高质量的网格划分不仅使计算结果更加精确，而且大大减少计算所需要的时间[44]。利用Solidworks软件把建立的物理模型生成可供交换使用的STEP格式几何文件，并导入CFD前处理程序ICEM进行网格划分。由于整体计算域比较复杂，一次性网格划分的质量较低，对整体结构进行分块，使672345入口外壳空心轴通风器通风孔1
【参考文献】：
期刊论文
[1]蜂窝式轴心通风器油气分离性能计算[J]. 赵静宇,刘振侠,吕亚国,胡剑平,任国哲. 航空动力学报. 2016(07)
[2]超高转速离心通风器性能仿真分析[J]. 韩金在,陈聪慧,徐让书. 航空动力学报. 2016(03)
[3]结构因素对离心通风器性能影响的数值研究[J]. 徐让书,邵长浩,牛玲,常柱宇,简欣,李骏. 航空发动机. 2014(06)
[4]离心通风器通风阻力的影响因素[J]. 徐让书,胡慧,邵长浩,牛玲. 航空动力学报. 2014(10)
[5]离心通风器转子壁面油膜分布的数值研究[J]. 胡慧,徐让书,邵长浩,张所刚. 沈阳航空航天大学学报. 2014(03)
[6]考虑油气传热传质耦合的轴承腔内壁油膜运动研究[J]. 赵静宇,刘振侠,胡剑平,吕亚国. 推进技术. 2014(07)
[7]工况因素对离心通风器穿透率影响的数值研究[J]. 邵长浩,徐让书. 沈阳航空航天大学学报. 2013(06)
[8]液滴撞击壁面的飞溅运动[J]. 宋云超,宁智,孙春华,吕明,阎凯,付娟. 内燃机学报. 2013(06)
[9]航空发动机离心通风器计算[J]. 石帅奇,刘振侠,胡剑平. 航空计算技术. 2012(01)
[10]湍流对轴心通风器油气分离过程的影响[J]. 刘立博,徐让书,王娟娟,李景春. 沈阳航空航天大学学报. 2011(01)
硕士论文
[1]叶轮式通风器分离性能实验研究及数值模拟[D]. 张崇龙.哈尔滨工程大学 2017
[2]基于正交试验设计超燃燃烧室数值模拟[D]. 程文强.南昌航空大学 2013
[3]蜂窝式通风器流动和油气分离数值模拟方法的研究[D]. 鞠珊珊.沈阳航空航天大学 2013
[4]切向进气孔轴心通风器研究[D]. 陈晓文.沈阳航空航天大学 2013
[5]轴心通风器结构优化的研究[D]. 宗庆贺.沈阳航空航天大学 2012
本文编号：3025704
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空发动机航空发动机滑油系统所采用的典型通风
哈尔滨工程大学硕士学位论文18第3章叶轮式通风器内部流场分析叶轮式通风器内部涉及复杂的油气两相流动，具有高转速、强湍流、两相分离的特点，其内部流场分布特点直接影响了通风器性能。两相流计算模型主要包括欧拉-欧拉模型和欧拉-拉格朗日模型，其中稠密两相流多用欧拉-欧拉模型进行研究，而稀疏两相流主要利用欧拉-拉格朗日模型进行研究。本文所研究的叶轮式通风器两相油气比大约为1%，油滴的体积分数远小于10%，属于稀疏两相流，故采用欧拉-拉格朗日模型对其内部两相流场进行研究，即采用欧拉方法对气相流场进行计算，采用拉格朗日方法对油滴运动轨迹进行追踪。在此基础上，分别对气相运动轨迹、速度尝压力场和油滴空间分布进行分析，从机理上揭示通风器分离及阻力特性，为其进一步优化设计提供参考。3.1模型建立及网格划分航空发动机滑油系统所采用的典型通风器有离心式通风器和叶轮式通风器。相对于离心式通风器，叶轮式通风器结构更为紧凑，且分离效果更佳。本文所研究的叶轮式通风器结构如图3.1所示，通过数值仿真对其内部两相流场进行计算，并研究不同工况和结构参数对其分离及阻力特性的影响规律。图3.1叶轮式通风器实物图叶轮式通风器通常是置于附件机匣或轴承腔内的离心叶轮，一般直接装于传动轴上，与离心式通风器相比，它没有外壳体，故需把其内置于实验段内进行研究，实验段结构如图3.2所示。在具体工作过程中，由雾化发生器产生的油滴与气体混合形成油气混合物，经进气管流入实验段，由于空心轴带动通风器做高速的旋转运动，从而带动油气混合物高速旋转，基于油滴与气体密度的不同，所受离心力不同发生分离，分离后的油滴沉积至底部被收集，部分未被分离的油滴跟随气体在压差的作用下流经通风孔，并从空心轴出口端排出。
第3章叶轮式通风器内部流场分析191入口；2内腔；3叶轮式通风器；4通风孔；5出油口；6空心轴；7出气口图3.2叶轮式通风器实验段结构简图3.1.1模型建立为与实验结果相互验证，数值模拟是基于上述叶轮式通风器实验系统平台进行的，物理模型与实验系统的叶轮式通风器实验段相同，利用Solidworks软件建立计算域实体，并对部分结构进行简化，如图3.3所示，其中主要包括：实验段壳体、叶轮式通风器、传动与通风用的空心轴等。（a）整体结构（b）局部结构图3.3物理模型3.1.2网格划分良好的网格划分是数值仿真计算的基础，高质量的网格划分不仅使计算结果更加精确，而且大大减少计算所需要的时间[44]。利用Solidworks软件把建立的物理模型生成可供交换使用的STEP格式几何文件，并导入CFD前处理程序ICEM进行网格划分。由于整体计算域比较复杂，一次性网格划分的质量较低，对整体结构进行分块，使672345入口外壳空心轴通风器通风孔1
【参考文献】：
期刊论文
[1]蜂窝式轴心通风器油气分离性能计算[J]. 赵静宇,刘振侠,吕亚国,胡剑平,任国哲. 航空动力学报. 2016(07)
[2]超高转速离心通风器性能仿真分析[J]. 韩金在,陈聪慧,徐让书. 航空动力学报. 2016(03)
[3]结构因素对离心通风器性能影响的数值研究[J]. 徐让书,邵长浩,牛玲,常柱宇,简欣,李骏. 航空发动机. 2014(06)
[4]离心通风器通风阻力的影响因素[J]. 徐让书,胡慧,邵长浩,牛玲. 航空动力学报. 2014(10)
[5]离心通风器转子壁面油膜分布的数值研究[J]. 胡慧,徐让书,邵长浩,张所刚. 沈阳航空航天大学学报. 2014(03)
[6]考虑油气传热传质耦合的轴承腔内壁油膜运动研究[J]. 赵静宇,刘振侠,胡剑平,吕亚国. 推进技术. 2014(07)
[7]工况因素对离心通风器穿透率影响的数值研究[J]. 邵长浩,徐让书. 沈阳航空航天大学学报. 2013(06)
[8]液滴撞击壁面的飞溅运动[J]. 宋云超,宁智,孙春华,吕明,阎凯,付娟. 内燃机学报. 2013(06)
[9]航空发动机离心通风器计算[J]. 石帅奇,刘振侠,胡剑平. 航空计算技术. 2012(01)
[10]湍流对轴心通风器油气分离过程的影响[J]. 刘立博,徐让书,王娟娟,李景春. 沈阳航空航天大学学报. 2011(01)
硕士论文
[1]叶轮式通风器分离性能实验研究及数值模拟[D]. 张崇龙.哈尔滨工程大学 2017
[2]基于正交试验设计超燃燃烧室数值模拟[D]. 程文强.南昌航空大学 2013
[3]蜂窝式通风器流动和油气分离数值模拟方法的研究[D]. 鞠珊珊.沈阳航空航天大学 2013
[4]切向进气孔轴心通风器研究[D]. 陈晓文.沈阳航空航天大学 2013
[5]轴心通风器结构优化的研究[D]. 宗庆贺.沈阳航空航天大学 2012
本文编号：3025704
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