飞机除冰车发动机排气系统流场分析

发布时间：2017-10-16 22:32

  本文关键词：飞机除冰车发动机排气系统流场分析

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【摘要】：飞机除冰车是机场冬季为飞机机身进行除冰作业的地面设备之一,能有效的保证飞机安全起飞。除冰车在工作时围绕飞机低速行驶,由于其工作环境的特殊性要求除冰车发动机具有良好的性能。而发动机排气系统作为整车上重要的零部件之一,不仅能减少废气的排放污染和噪声,它的流动性能和结构会直接影响到发动机的排放性、经济性和动力性。因此,对特殊环境下工作的飞机除冰车的发动机排气系统做深入的研究是很有必要的。发动机排气系统内流场的气流是复杂的三维非定常流动,对其的理论研究只能简化和抽象,很难得到准确的解析解;而传统的实验方法对人力物力消耗大,时间周期也非常长。因此本文选择了CFD方法对飞机除冰车发动机排气系统内流场进行研究分析,该方法在排气系统的前期设计与后期的优化改进都起到了重要作用。本文是结合项目“飞机除冰车发动机排气系统流场分析”,首先通过流体力学基本理论以及CFD的基本原理对飞机除冰车发动机排气系统进行理论分析计算并且通过一下几个方面对其进行仿真分析。第一,采用GT-Power软件对飞机除冰车发动机进行一维建模,对比发动机仿真数据和实际外特性实验数据,验证模型的正确性;第二,对排气系统进行一维的建模,分析不同结构的排气系统管道对发动机性能的影响,找到适合该发动机的最优管道结构;第三,建立了原排气系统以及两种优化改进后的排气系统的三维模型,采用Fluent软件对三种方案的发动机排气系统内流场进行了分析计算,得到排气系统内流场的压力场、速度流场、温度场等结果,以排气背压和压降为主要参考因素,内流场流速,温度为辅助参考因素,在提出的三种方案中找到了相对更好的发动机排气系统结构;第四,通过发动机台架实验,论证了本文对飞机除冰车发动机排气系统流场分析研究方法的可行性。本文通过对飞机除冰车发动机排气系统的理论以及数值模拟分析,在一维仿真分析中,得到排气系统管道截面直径为80mm时,发动机的扭矩和功率达到最大,燃油消耗率达到最小。在三维仿真中,得到三种方案中含渐缩管方案的排气系统是产生的排气背压小,产生的压降小,能较快速的排出废气的排气系统结构。
【关键词】：飞机除冰车 建模仿真 GT-POWER FLUENT 背压
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.134.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 研究意义与背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-13
• 1.2.2 国内研究现状13
• 1.3 飞机除冰车及工作环境介绍13-14
• 1.4 计算流体动力学的发展概况14-15
• 1.5 本文的主要工作15-17
• 2 排气系统流场计算基本理论17-26
• 2.1 CFD的理论方法17-21
• 2.1.1 控制方程17-18
• 2.1.2 离散方法18-19
• 2.1.3 基于FVM的流体力学方程离散方法19-20
• 2.1.4 FVM的求解方法20-21
• 2.2 湍流的数值模拟21-24
• 2.2.1 雷诺时均算法（RANS算法）21-23
• 2.2.2 直接数值模拟（DNS）23-24
• 2.2.3 大涡模拟（LES）24
• 2.3 基于流体力学理论对排气系统压力的理论计算24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 飞机除冰车发动机排气系统一维仿真26-43
• 3.1 重型车排气系统结构介绍26-27
• 3.2 仿真软件的介绍27-28
• 3.3 发动机一维模型搭建与验证28-30
• 3.4 排气系统冷端一维模型搭建30-37
• 3.4.1 排气管道搭建31
• 3.4.2 消声器模型搭建31-33
• 3.4.3 消声器性能分析33-37
• 3.5 发动机排气系统一维仿真分析37-42
• 3.5.1 排气系统结构设计要求37
• 3.5.2 排气系统仿真37-38
• 3.5.3 仿真结果分析38-42
• 3.6 本章小结42-43
• 4 排气系统内流场分析43-68
• 4.1 模拟软件介绍43-45
• 4.1.1 Fluent软件概述43-44
• 4.1.2 Fluent数值求解方法44-45
• 4.2 仿真建模45-53
• 4.2.1 基本模型建立45-47
• 4.2.2 流道抽取及网格划分47-52
• 4.2.3 计算模型52
• 4.2.4 边界条件52-53
• 4.3 计算结果分析53-64
• 4.3.1 压力场分析53-56
• 4.3.2 速度场分析56-58
• 4.3.3 温度场分析58-60
• 4.3.4 流线与湍动能分析60-64
• 4.3.5 结论64
• 4.4 渐缩管结构研究64-67
• 4.4.1 压力场分析64-66
• 4.4.2 速度场分析66-67
• 4.4.3 结论67
• 4.5 本章小结67-68
• 5 研究方法试验验证68-79
• 5.1 实验目的68
• 5.2 实验仪器的选择及实验环境介绍68-69
• 5.2.1 压力传感器的选择68
• 5.2.2 数据采集器的选择68
• 5.2.3 实验环境介绍68-69
• 5.3 实验内容69-78
• 5.3.1 发动机一维模型搭建与验证69-72
• 5.3.2 发动机排气系统实验与一维仿真72-75
• 5.3.3 发动机排气系统三维仿真与实验对比分析75-78
• 5.3.4 结论78
• 5.4 本章小结78-79
• 结论79-81
• 参考文献81-84
• 附录A 图表索引84-87
• 附录B 注释清单87-89
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果89-90
• 致谢90-91

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本文编号：1045307