航空燃油泵空化性能分析及优化

发布时间：2017-08-24 08:23

  本文关键词：航空燃油泵空化性能分析及优化

  更多相关文章： 航空燃油泵 RP-3航空燃油 燃料替代 湍流模型 空化特性 代理模型 优化分析

【摘要】：航空燃油泵是飞机燃油系统中重要的组成部件,其性能对飞机的动力性及机动性有直接的影响,随着航空技术的不断提高,燃油泵逐渐向高转速、大功率等方向发展,由此带来的空化以及空化产生的旋转失速、噪音、效率下降等一系列问题成为阻碍燃油泵性能提高的主要因素之一。研究燃油泵空化性能具有重要的工程应用价值。本文采用数值计算方法对燃油泵空化性能进行了研究,并基于代理模型的方法对燃油泵结构参数进行优化,主要研究内容及结论如下:采用燃油数值替代的方法对RP-3航空燃油的物质属性进行了研究。通过分析得到,由摩尔比为45%的正十二烷、25%的正十烷、5%的辛烷、5%的甲基环己烷和20%的甲苯组成的替代模型能较准确地模拟RP-3航空燃油的物质属性。湍流模型采用基于涡旋运动修正的k-ε湍流模型,修正后的k-ε湍流模型避免了标准k-ε湍流模型对于流场湍流黏性系数的过度预测,提高了燃油泵内部湍流流场的预测精度。计算了不同工况下的燃油泵内部流场,基于数值计算结果对燃油泵空化特性进行了研究,并分析了燃油温度和泵转速对燃油泵空化性能的影响。与普通离心泵的变化趋势不同,燃油泵扬程曲线未出现驼峰区,效率曲线呈现较宽的高效率区;随着有效空化余量NPSHa的减小,燃油泵空化特性曲线呈先不变后增大再减小的变化趋势;在计算的温度范围内,温度对燃油泵空化性能影响较小,不同温度工况下燃油泵的必须空化余量NPSHr值相差较小,泵的空化性能基本不变;转速对燃油泵空化性能影响较大,不同转速工况下燃油泵的NPSHr差距较大,转速越高燃油泵的空化发展速度越快,泵的空化性能也就越差。采用代理模型优化方法,对燃油泵的结构参数进行了优化,数值预测结果表明优化后燃油泵的空化性能得到大幅度改善。燃油泵的空化性能主要受诱导轮出口安放角和叶轮进口安放角的影响,其中后者占主导因素;随叶轮进口安放角的增大,燃油泵空化性能呈先减小后增大的变化趋势;优化后的燃油泵诱导轮出口安放角增大了4.4°,叶轮进口安放角增大了3.2°;优化后燃油泵空化性能较原燃油泵提高了18%左右。
【关键词】：航空燃油泵 RP-3航空燃油 燃料替代 湍流模型 空化特性 代理模型 优化分析
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V228.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 燃油泵空化研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-16
• 1.2.1 水力机械空化研究现状10-12
• 1.2.2 燃油泵优化研究现状12-14
• 1.2.3 代理模型优化方法及研究现状14-16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 第2章 燃油泵空化流动数值计算方法17-30
• 2.1 数值计算方法17-22
• 2.1.1 控制方程17-18
• 2.1.2 湍流模型18-20
• 2.1.3 空化模型20-22
• 2.2 RP-3 航空燃油物性数值替代22-26
• 2.2.1 RP-3 航空燃油组分及物性分析22-23
• 2.2.2 RP-3 航空燃油数值替代模型23-26
• 2.3 空化性能预测方法及验证26-29
• 2.3.1 几何模型与网格划分26-27
• 2.3.2 边界条件设置27-28
• 2.3.3 数值计算方法验证28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 燃油泵空化性能预测与流场分析30-42
• 3.1 燃油泵外特性及流场分析30-35
• 3.2 燃油泵空化特性及流场分析35-37
• 3.3 温度对燃油泵空化性能的影响37-38
• 3.4 转速对燃油泵空化性能的影响38-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 基于代理模型的燃油泵空化性能优化42-58
• 4.1 代理模型优化方法及步骤42-50
• 4.1.1 试验设计42-44
• 4.1.2 建立代理模型44-47
• 4.1.3 代理模型评价和选取47
• 4.1.4 敏感性分析47-49
• 4.1.5 基于代理模型的优化49-50
• 4.2 燃油泵结构参数对空化性能的影响50-51
• 4.3 基于代理模型的燃油泵结构优化51-56
• 4.3.1 代理模型的建立51
• 4.3.2 代理模型敏感性分析51-53
• 4.3.3 燃油泵结构参数优化53-55
• 4.3.4 优化后燃油泵空化性能预测与分析55-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第5章 结论与展望58-60
• 5.1 主要结论58-59
• 5.2 工作展望59-60
• 参考文献60-66
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单66-67
• 致谢67

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本文编号：730225