轴流压气机吸雨特性数值研究

发布时间：2021-05-12 01:28

　　雨水是威胁飞机发动机稳定正常工作的重要因素之一。过量雨水的侵入,导致发动机性能发生恶化,出现失速、喘振、推力减小甚至熄火停车。现代适航条款要求航空发动机吸雨之后不熄火、不降转速或不发生不可恢复的喘振或失速等,以应对暴雨等恶劣天气。然而目前雨水对发动机性能影响机制问题还没有得到完全清晰的认识,为此,本文通过数值方法展开发动机压缩部件吸雨特性的研究。本文首先基于欧拉-拉格朗日两相流理论,考虑水滴的蒸发、破碎及碰撞等过程,利用源项构建水滴与气流间质量、动量及能量交换的双向耦合机制,并建立转子叶片表面水膜模型,用沙砾粗糙度来表征壁面水膜形态,分析了单转子压气机的吸雨特性;接着,基于HARIKA算法,加入气液两相流计算模块,开发了压气机气液两相流动一维计算程序,并分析了多级轴流压气机的吸雨特性。三维数值计算结果表明,由于水滴受到惯性力作用较强,水滴在压气机流道运动过程中有趋向叶栅压力面趋离吸力面的运动趋势,多数水滴与叶片压力面发生碰撞,较少水滴与吸力面发生碰撞,压力面上形成的水膜面积和厚度远大于吸力面;叶片压力面上的水膜主要分布在靠近前缘和叶顶区域,沿叶片轴向方向水膜厚度逐渐减小;在吸雨条件下,... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：115 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 吸雨对航空发动机性能的影响
    1.3 航空发动机的吸雨环境
        1.3.1 雨水的来源
        1.3.2 大气中的水
    1.4 国内外航空发动机吸雨研究进展
        1.4.1 水滴运动
        1.4.2 水滴蒸发
        1.4.3 水滴破碎
        1.4.4 水滴碰撞及水膜形成
    1.5 本文主要研究内容
第2章 气液两相流数值方法
    2.1 引言
    2.2 两种计算方法
    2.3 欧拉-拉格朗日法控制方程
        2.3.1 连续相控制方程
        2.3.2 离散相控制方程
        2.3.3 湍流模型
    2.4 水滴模型与水膜模型
        2.4.1 水滴气动破碎模型
        2.4.2 水滴碰撞壁面模型
        2.4.3 水膜模型
        2.4.4 沙砾粗糙度模型
    2.5 本章小结
第3章 单转子压气机吸雨特性分析
    3.1 引言
    3.2 物理模型与网格划分
    3.3 边界条件与喷水设置
        3.3.1 计算域边界条件及喷水条件
        3.3.2 颗粒撞击壁面反弹系数
        3.3.3 颗粒追踪
    3.4 计算结果分析
        3.4.1 R-1单转子压气机干压缩特性
        3.4.2 R-1单转子压气机吸雨特性(数值计算不考虑水膜影响)
        3.4.3 水滴颗粒运动及叶表水滴沉积分析
        3.4.4 水膜当量沙砾粗糙度
        3.4.5 R-1单转子压气机吸雨特性(数值计算考虑水膜影响)
    3.5 本章小结
第4章 压气机吸雨特性一维计算程序开发
    4.1 引言
    4.2 HARIKA程序计算原理
        4.2.1 HARIKA程序算法特点
        4.2.2 HARIKA程序基本框架
    4.3 气液两相计算方法
        4.3.1 两相计算模型
        4.3.2 水滴损失模型
        4.3.3 气液两相传热传质模型
    4.4 本章小结
第5章 多级轴流压气机吸雨特性分析
    5.1 引言
    5.2 E~3高压压气机介绍
    5.3 E~3高压压气机干压缩特性
        5.3.1 E~3高压压气机干压缩试验特性
        5.3.2 E~3高压压气机干压缩特性计算值与试验值比较
    5.4 多级压气机吸雨特性
        5.4.1 多级压气机吸雨特性与干压缩特性比较
        5.4.2 多级压气机各级吸雨特性与干压缩特性比较
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
附录A


【参考文献】：
期刊论文
[1]吞雨过程中压气机转子气动及动力学特性分析[J]. 侯圣文,郑群,田小江,张海.  风机技术. 2019(05)



本文编号：3182461