基于气动突片的流动强化掺混研究

发布时间：2017-08-18 01:21

  本文关键词：基于气动突片的流动强化掺混研究

  更多相关文章： 气动突片 涡量 热混合效率 总压恢复系数 推力系数

【摘要】：气动突片是一种新型的强化流动掺混的技术,与传统的引射混合器相比,它具有更好的强化掺混效果和更小的能量损失。为了确定气动突片在不同工况下的强化掺混效果及应用前景,本文研究了带有气动突片的收敛喷管、涡扇喷管及涡轮基组合循环发动机(RBCC)的排气系统,并深入分析了气动突片参数对流场结构及掺混效果的影响。针对不同工况和气动突片参数下的流场结构和喷管性能,进行了详细的数值模拟和风洞实验研究。首先对安装有气动突片的收敛喷管进行了风洞实验,通过测量喷管下游的总压分布确定气动突片数量和总压对喷管射流核心区的影响。并针对实验条件进行了数值模拟,对比发现数值模拟结果与实验吻合很好,验证了计算方法的准确性和可靠性。实验和数值模拟结果表明,当气动突片数量为6时射流核心区的长度最短,为3.2D。且气动突片总压越高,射流核心区越短,掺混效果越好。其次本文采用数值模拟的方法研究了气动突片在涡扇喷管内外涵掺混中的应用。得到了气动突片数量和位置变化时喷管涡量场、热混合效率、总压恢复系数和推力系数的变化规律。数值模拟结果表明,当维持气动突片总流量一定时,突片数量越少,热混合效率越高;当气动突片数量为2时,热混合效率达到0.278,较基准喷管提高65%;另外,气动突片的位置越靠近喷管内外涵的交汇截面,热混合效率越高。且各种工况下的总压损失较基准喷管的变化均小于0.1%,可以忽略不计。考虑到气动突片的流量应尽可能小,本文研究了在保证强化掺混效果的前提下降低气动突片流量的方案,即非定常气动突片方案。本文研究了两种非定常气动突片方案,一种是气动突片数量不变,气动突片总压周期性变化;另一种是将气动突片数量增加到2倍,采用交替工作的方式。本文分别研究了不同的气动突片周期对喷管涡量场、掺混效果及喷管性能的影响,确定了这两种方案的应用场景。第一种方案可以有效降低气动突片流量,第二种可以在气源条件不变的情况下,获得最大的掺混效果。最后,本文探索研究了气动突片强化RBCC引射模态主流与次流的掺混。研究表明,在RBCC中添加气动突片可以增强主次流的掺混效果,但会造成次流被引射流量的减小及推力性能的下降。
【关键词】：气动突片 涡量 热混合效率 总压恢复系数 推力系数
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V231.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 国外研究现状15-17
• 1.3 国内研究现状17-18
• 1.4 本文主要工作18-20
• 第二章 气动突片强化收敛喷管流动掺混的研究20-39
• 2.1 气动突片强化流动掺混概况20
• 2.2 气动突片强化流动掺混的风洞实验20-25
• 2.2.1 实验介绍20-22
• 2.2.2 实验模型22-24
• 2.2.3 实验流程24-25
• 2.3 实验工况的数值模拟25-28
• 2.3.1 计算模型及软件介绍25
• 2.3.2 计算网格的生成25
• 2.3.3 湍流模型的选取和控制方程25-26
• 2.3.4 实验与数值模拟结果的对比26-28
• 2.4 气动突片强化流动的数值模拟研究28
• 2.4.1 边界条件28
• 2.5 计算结果分析28-38
• 2.5.1 不同气动突片数量28-34
• 2.5.2 不同气动突片入口总压34-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第三章 气动突片强化涡扇喷管排气系统掺混研究39-51
• 3.1 计算模型及能参数39-41
• 3.1.1 几何模型与网格划分39-40
• 3.1.2 边界条件及计算方法40
• 3.1.3 性能参数的定义40-41
• 3.2 气动突片数量变化时的计算结果与分析41-46
• 3.2.1 涡量场分析41-43
• 3.2.2 热混合效率43-44
• 3.2.3 总压恢复系数44-45
• 3.2.4 推力系数45-46
• 3.3 气动突片位置变化时的计算结果与分析46-49
• 3.3.1 涡量场分析46-47
• 3.3.2 热混合效率47-48
• 3.3.3 总压恢复系数48-49
• 3.3.4 推力系数49
• 3.4 本章小结49-51
• 第四章 非定常气动突片强化涡扇喷管流动混合研究51-74
• 4.1 几何模型及数值模拟方法51-52
• 4.1.1 气动突片总压周期性变化的气动突片51
• 4.1.2 周期性交替喷射的气动突片51-52
• 4.2 气动突片总压周期性变化方案的计算结果及分析52-62
• 4.2.1 气动突片总压周期性变化时的涡量场分析52-57
• 4.2.2 气动突片总压周期性变化时的热混合效率57-59
• 4.2.3 气动突片总压周期性变化时的总压恢复系数59-61
• 4.2.4 气动突片总压周期性变化时的推力系数61-62
• 4.3 气动突片周期性交替喷射方案的计算结果及分析62-72
• 4.3.1 气动突片周期性交替喷射时的涡量场分析62-67
• 4.3.2 气动突片周期性交替喷射时的热混合效率67-69
• 4.3.3 气动突片周期性交替喷射时的总压恢复系数69-70
• 4.3.4 气动突片周期性交替喷射时的推力系数70-72
• 4.4 两种非定常气动突片方案的对比分析72
• 4.5 本章小结72-74
• 第五章 气动突片在RBCC引射模态中的应用研究74-82
• 5.1 计算模型与计算方法74-75
• 5.1.1 计算模型74-75
• 5.1.2 计算方法与边界条件75
• 5.1.3 模型校验75
• 5.2 性能参数的定义75-76
• 5.3 计算结果分析76-81
• 5.3.1 带气动突片与不带气动突片的RBCC的对比76-79
• 5.3.2 不同气动突片的位置对RBCC性能的影响79-81
• 5.4 本章小结81-82
• 第六章 结论与展望82-84
• 6.1 结论82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-86
• 致谢86-87
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文87

【参考文献】

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