喷嘴结构对去旋系统性能影响的数值研究

发布时间：2021-07-27 09:04

　　航空发动机是一种在高温高压下运转的高速旋转机械。高性能的航空发动机必然需要高效的冷却封严系统,而这些需求最终都归结到对冷气品质的高要求上。去旋系统作为引气过程的重要一环,其性能的优劣对冷气品质产生重要影响。为了探索去旋喷嘴式减涡器的结构变化对共转盘腔径向内流压力损失的影响规律,对不同工况和喷嘴结构下的去旋系统开展了数值研究。具体研究内容有:（1）对喷嘴结构的常用结构变化形式进行分析,总结出几种典型的结构变化形式,并设计只具有单一结构变化形式的去旋喷嘴进行数值模拟研究;（2）针对喷嘴截面为矩形的去旋喷嘴,展开了喷嘴截面无量纲宽度对去旋系统性能影响规律的研究。研究表明:去旋喷嘴可有效提高共转盘腔内压力损失开始急剧增长的临界转速;方形喷嘴与圆形喷嘴降低压力损失效果接近;缩小喷嘴入口方向与气流旋转速度方向之间的夹角可有效改善喷嘴的进气条件;同一周向位置,喷嘴总流通面积保持不变,沿轴向增加喷嘴数目会造成更多的压力损失;随着矩形截面去旋喷嘴的截面无量纲宽度的增大,盘腔内的压力损失先减小后增大,对应最小压力损失的无量纲宽度随着转速的增大而增大。 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

引气流路

分的冷却和封严都是采用高压空气。这部分高压空气主要引自高压压气机。如图 1.1 所示，航空发动机的空气系统中一个重要的引气路径是高压气体从高压压气机引气平台通过轮盘间隙和鼓筒孔沿径向内流，经过压气机盘腔流入压气机轴与压气机盘之间的间隙，并通过这些间隙流至发动机中需要冷却和封严的其他部位。在整个径向内流过程中，由于受到离心力和切向与径向哥氏力的综合影响，引气会产生较大的压力损失，这会对冷气品质产生负面影响。而冷气品质的降低意味着同样的冷却和封严需求，会消耗更大的冷气量。第三代航空发动机中冷气量占发动机总的空气流量的 17%~18%[1]，如果继续提高引气量，势必会对航空发动机的性能产生不利影响。为了尽可能降低引气在盘腔中径向内流的压力损失，有三种减涡器结构可以使用：管式减涡器、去旋喷嘴式减涡器（无管式减涡器）和翅片式减涡器。三种减涡方式都是通过降低气流的旋转速度，进而削弱与流动方向相反的径向哥氏力的阻力效果，从而达到减少径向内流过程的压力损失的目的。其中，去旋喷嘴式减涡器是在盘腔的入口处设置一系列周向排布的方向与盘腔旋转方向相反的去旋喷嘴。如图 1.2 所示，通过喷嘴的射流作用，为流入盘腔的高压气体提供一个初始的与盘腔旋转方向相反的速度，同时也可以对盘腔内的气体起到一种冲击引流作用，达到降低气流旋转速度的目的。

计算公式为2ceF m r，其中，ceF 为质点受到的离心 为质点绕圆心的旋转角速度（rad/s），r 为质点所处半径里奥利力（Coriolis force），是对旋转系中运动的质点由于移的一种描述。哥氏力是以牛顿经典力学为基础，为了分出的一种虚假力。质点在旋转系中相对于惯性系做直线运原有方向继续运动的趋势，由于其参考系相对于惯性系是转系不是直线运动，而是会发生一定的偏离，从旋转系的生了运动方向的改变一样。为了将牛顿经典力学运用到非析这种现象下的质点运动状况，1835 年，法国气象学家科种现象。科里奥利力的计算公式如下：' v科里奥利力（N）， m 为质点质量大小（kg）， 为质点所为质点相对于旋转系的运动速度（m/s）。在共转盘腔内径向内流的受力分布

【参考文献】：
期刊论文
[1]反旋喷嘴进气旋转盘腔压力损失特性[J]. 呼艳丽,郭文,王蕾,罗翔.  航空动力学报. 2016(08)
[2]空气系统径向内流引气的流动特性数值分析[J]. 廖乃冰,周志翔,邱长波.  推进技术. 2014(03)
[3]航空发动机空气系统气源引气的研究进展[J]. 赵斌,李绍斌,周盛,黄生勤,邹学奇.  航空工程进展. 2012(04)
[4]不同去旋角度进气共转盘腔内流动与换热研究[J]. 杨守辉,王锁芳.  航空发动机. 2011(06)
[5]反旋进气盘腔内流动与换热的数值模拟[J]. 黄爱霞,王锁芳.  航空动力学报. 2008(09)
[6]旋转涡轮盘腔中等转速下内部流场分布实验[J]. 周雷声,冯青,武亚勇.  推进技术. 2006(04)
[7]带有微型涡轮的旋转盘腔局部换热特性[J]. 白洛林,郑光华,冯青,刘松龄.  推进技术. 2005(03)

硕士论文
[1]带去旋系统的旋转盘腔内流动和换热的数值研究[D]. 陈阳春.南京航空航天大学 2009
[2]反预旋进气旋转盘腔系统的流场实验与计算研究[D]. 武亚勇.西北工业大学 2007



本文编号：3305485