尾喷口位置变化对APU通风冷却系统引射冷却性能的影响

本文对民机用辅助动力装置(APU)通风冷却系统进行合理简化,建立了2维计算模型,并数值研究了在地面工作情况下APU尾喷口位置对通风冷却系统引射冷却性能的影响,研究表明:当外界环境条件及APU尾喷口射流参数不变时,在不同的APU尾喷口位置下,通风冷却系统内部具有相似的流场特征,但随着APU尾喷口逐渐进入排气管,APU射流同冷却空气流的掺混效果逐渐减弱,冷却空气流流量逐渐减小,APU通风冷却系统的引射冷却性能逐渐恶化。     

自然循环汽化冷却系统水-水引射的行为

以Fluent 6.3为计算平台,采用数值模拟的方法对一种加热炉自然循环汽化冷却启动引射新技术——水-水引射的引射行为进行了系统研究,探讨了引射管管径、出入口直径比和喷射流量等参数对冷却回路循环流速和引射管附近冷却回路局部阻损系数的影响.研究结果表明,管内流场符合受限等温直流引射射流的一般规律.当引射管管径不变时,冷却回路中的循环流速随引射流量的增加而增大,随引射管出入口直径比的增大而减小;当引射流量及引射管出入口直径比不变时,冷却回路中的循环流速随着引射管管径的增大而减小.从引射效果和减小回路阻损的角度来看,缩口型引射管优于扩口型引射管.     

喷流速度对引射器特性和APU性能的影响

本文对辅助动力装置(APU)排气引射冷却器进行合理简化,建立了2维计算模型,数值研究了APU排气速度对引射器性能的影响,并运用APU性能计算程序研究了排气速度对APU总体性能的影响。研究表明:APU排气速度愈大,APU舱通风冷却空气流量愈高,APU舱通风冷却效果愈好;但排气速度的增大会导致APU动力段涡轮膨胀比下降,涡轮前温度增高,APU性能降低。     

引射模态总压比对气动壅塞影响

为了获得高亚音速飞行条件下引射模态射流壅塞情况、提高引射模态火箭射流引射抽吸能力和发动机性能,本文利用全流道一体化数值模拟方法,针对Ma=0.8飞行状态,研究了在无二次燃烧组织的条件下,主次流总压比对引射空气流量、Fabri壅塞的影响规律,结果表明：在低总压比条件下,提高主次流总压比,可提高火箭射流的引射抽吸能力,引射空气流量增大;随着总压比的进一步提高,欠膨胀的火箭射流超声速势核区会挤压引射空气流道,冲压燃烧室反压前传导致引射空气流量降低;主次流总压比高于350,火箭射流会将引射空气流道堵塞,产生Fabri壅塞,引射空气流量降低为零。     

风室试验中轴对称排气引射-混合器的引射特性

建立了大尺度引射进气风室试验装置,以精确测量排气引射-混合器的引射流量,采用辅助风机补风以调整并逼近实际引射进口压力,从而提高了引射流量的测量精度,采用3种直径的混合管对轴对称排气引射-混合器的引射流量特性进行对比研究,并结合射流理论对其流动状态加以分析.结果表明:在主流喷管直径一定而混合管直径(D2)不同的条件下,混合管内的流动状态有所不同;当D2=250 mm时,混合管内的流动为过度发展状态,随着主喷管与混合管间距离(a)增大,射流半厚度经扩展后过早附着在混合管壁,其引射系数和引射流量随a值增加而增大,当增至最大值后逐渐减小,随着主流流量的增加,引射流量增大而引射系数变化不大;当D2=300 mm时,混合管内的流动为充分发展状态,随着a值增大,射流半厚度经扩展后在a=300 mm时恰好在混合管出口处附着于混合管壁,其引射系数和引射流量随a值的增幅逐渐变缓;当D2=350 mm时,混合管内的流动为欠发展状态,随着a值增大,射流半厚度经扩展后在混合管出口处仍未附着于混合管壁,引射系数和引射流量随a值增加而增大.     

射流角度对固定几何结构二元喷管气动喉道的影响

采用基于雷诺平均的二维N-S方程和RNG κ-ε湍流模型的有限体积法,对在喷管喉道附近注入不同角度对称射流的二元矢量喷管全流场进行了数值研究.结果表明:射流与主流的总压比RSP越大,射流角度越接近0°,喷管有效喉道面积比越小.与无射流时相比,当射流缝处于喉道处,射流缝宽度为1 mm,射流角度为0°,RSP=1.0时,喷管相对喉道面积比可达到78.15%;保持RSP不变时,改变射流角度,喷管总压恢复系数、推力系数和射流流量基本保持不变;通过改变射流角度可以有效控制喷管的喉道面积.     

发散冷却和前缘槽缝射流作用下涡轮静叶端壁流动结构的研究

数值研究了无发散冷却与3种发散冷却气质量流量比下的涡轮静叶端壁附近涡结构、总压损失系数和端壁、叶表绝热冷却有效度以及两种冷却气在端壁上的流动结构。研究表明:发散冷却气质量流量比由5%增加至7%时,进口截面端壁附近的总压峰值升高3.7%,峰值区流体在叶片前缘滞止后向上卷起形成冲击涡;发散冷却流量增加会增强冲击涡而吸力面角区涡对被削弱。低流量冷却气会使整体总压损失降低,而发散冷却气质量流量比由5%升高至7%时总压损失增加4.5%。发散冷却气注入时,冲击涡会将冷却气携带至叶表,在压力面形成显著的泛冷却效果;发散冷却气质量流量比增加至7%会使冲击涡纵向伸长并分裂出三次涡。发散冷却贡献占比的计算结果表明,边界层分离线上游端壁由槽缝射流冷却气覆盖,而叶表和下游端壁的冷却由发散冷却主导。静叶端壁流动结构受到上游燃烧室内壁发散冷却的显著影响,并将改变端壁冷却特性。     

冷却剂参数对铣槽喷管低周疲劳寿命的影响

采用有限体积流固耦合计算方法、非线性有限元热结构耦合分析方法和局部应变法研究大面积比铣槽喷管三维再生冷却槽道在循环工作条件下的热结构变形与低周疲劳寿命,并对比分析了冷却剂质量流量与入口温度对铣槽喷管疲劳使用寿命的影响。计算结果表明,铣槽喷管热结构响应呈现复杂的三维效应,应变较大位置主要分布在与肋连接的内衬区域,喷管中部的残余应变量最大；冷却槽道低周疲劳寿命分布和热结构响应基本一致,最小寿命位于喷管中部与肋相连的内衬区域燃气侧；随冷却剂质量流量增加,铣槽喷管低周疲劳寿命不断提高；随冷却剂入口温度增加喷管尾部低周疲劳寿命值不断降低,而喷管中前部的低周疲劳寿命值却不断提高,当冷却剂入口温度为280K左右时,本文的铣槽喷管总体使用寿命达到最大。      

小型多喷管引射器试验研究

为了探索小型多喷管引射器综合性能的影响因素,对五喷管超音速引射器用实验的方法得到动量修正系数与引射系统尺寸的关系曲线.在不同主喷管分布圆直径、混合管长径比、主次流压比以及扩压比情况下,对多喷管引射系统动量损失系数进行了实验研究.结果表明;在所有工况下,引射性能随主次流压比和主流流量的增大而减小;随着主喷管数增加、喷管喉部直径减小、扩压管长度增加,引射器的性能在一定范围内得到提高.混合管长径比与主喷管分布方式的相互作用对引射性能的影响很大.     

环形爆震室引射增推试验研究

对爆震室的填充比、引射喷管的种类、轴向位置、长度等参数对环形爆震室引射推力增量的影响进行了试验研究分析。研究发现直引射喷管和直-扩引射喷管都是在轴向位置X=0 mm处时增推效果最好;直-扩引射喷管对爆震室的引射推力增量比直引射喷管的推力增量大;直引射喷管长度为590 mm时推力增量最大,直-扩引射喷管长度为690 mm时推力增量最大,推力增量最大值分别为25.9%和40.1%。     

APU进气管道口尺寸比例对进气性能影响研究

本文对民用飞机辅助动力装置(APU)进气系统等面积进气口不同长宽比(以航向为长,周向为宽)对APU进气性能影响进行研究,合理简化处理进气系统模型和飞机尾锥几何模型,并生成结构化网格,设定合理的边界条件,得出其对APU进气性能的影响。研究表明:无论是在地面还是空中飞行的等流量状态下,与进气管道出口尺寸比例接近的进气管道进口总压损失最小,出口处的平均总压最高,冲压恢复也最高,随着进气管道进口尺寸比例不断增大,与进气管道出口形状差异增加,总压损失也不断增加,出口处的平均总压越低,冲压恢复也不断减小。     

喷管入口气温影响下的射流流场及声场特性

为了研究亚声速喷管入口气温对射流流场及声场的影响,建立了亚声速喷管计算模型,在与实验及模拟数据对比验证的基础上,分别计算了不同喷管入口气温作用下的喷管外流场和远场噪声,探究了喷管入口气温改变时喷管出口射流速度沿轴向及径向的分布规律以及喷管出口轴线上射流温度的变化特性,同时也分析了喷管入口气温对射流流场发展和远场噪声的影响。研究结果表明:射流温度增加会较为显著地缩短势流核心区域长度,势流核心区域宽度会有少许降低;射流轴线上的静温和总温在喷管后一定距离存在一个温度上升过程,各工况静温最高处比总温最高处有延后,且射流温度越高,温度开始上升位置越接近喷管出口;温度的升高对不同频率噪声影响有很大差别,降低工质入口温度有利于降噪。该研究内容为进一步探究射流噪声形成机制打下基础,同时也可为喷流噪声的控制提供新的思路。     

三维爆震引射增推性能数值计算及验证

本文对三维圆形爆震室引射增推性能进行了数值模拟和试验验证。应用数值方法对爆震波衰退为激波后的传播、排除过程进行了多循环模拟,分析了三维爆震波非稳态引射流场的变化过程,得到了与文献一致的结果;对多循环爆震引射过程的瞬时推力、冲量以及爆震室出口的质量流量进行了分析研究;引射喷管在不同位置处时对爆震室的推力增量值进行了对比,发现在引射喷管轴向位置X=0mm处时推力增量达到最大值,试验验证了这一结论。     

周向喷嘴数对旋流冷却流动传热特性的影响

为了研究在旋流腔周向布置多个喷嘴对旋流冷却特性的影响,分别建立了保持喷嘴几何尺寸不变和保持喷嘴进口总面积不变的旋流冷却模型。在相同质量流量和喷嘴长宽比的条件下,采用数值计算方法,研究了周向喷嘴数对旋流冷却特性的影响,并分析、对比了两种情况下旋流冷却性能的差异。研究结果表明:当保持喷嘴几何尺寸不变时,靶面平均Nu随周向喷嘴数增加而逐渐减小,但靶面Nu分布更加均匀,由于下游冷气速度受轴向横流影响较大,高Nu区向下方偏移,旋流腔冷气涡数目随周向喷嘴数增多而逐渐减少,冷气总压损失也随之减少;当保持喷嘴进口总面积不变时,随着周向喷嘴数的增加,靶面高Nu区面积和靶面平均Nu先增大然后略有减小,都在周向喷嘴数为2时达到最大值。由于下游冷气速度受轴向冲击影响较小,在旋流腔轴向下游处,靶面展向平均Nu略有提高,而总压损失随着周向喷嘴数的增加逐渐增加。     

轧辊冷却用扇形喷嘴的射流性能

扇形喷嘴是轧辊冷却系统中的核心元件,但目前对扇形喷嘴的射流速度和流量分布的研究尚不够深入。在对轧辊冷却用喷嘴理论研究的基础上,建立了喷口的数学模型,并利用成熟的圆形湍流自由射流理论分析确定了射流边界和射流流量分布计算模型。以GYQ 1981B1型扇形喷嘴为例,进行了具体的计算。利用自行设计的扇形喷嘴实验台对该喷嘴各项射流指标进行了试验测试,试验结果与理论分析结果具有良好的一致性。     

速差射流引射型喷吹管气流分布均匀性研究

速差射流引射型喷吹清灰方法,可以引射更多的清洁气体到喷吹系统中,提高清灰效率,由于其喷吹气流平顺,均匀地喷吹滤袋,避免了滤袋极易被吹坏,延长了滤袋的使用寿命.采用三维稳态可压缩标准κ-ε湍流模型,对脉冲袋式除尘器速差射流引射型喷吹管内流场进行了数值模拟,同时做了传统脉冲喷管流场对比数值模拟.研究结果表明,带速差射流引射型喷吹管在气流流量均匀性方面具有很好的效果,可用于袋式除尘器脉冲反吹系统的优化设计.     

装配间隙泄漏流对透平端壁冷却影响的实验研究

为了研究叶栅装配间隙泄漏流对透平叶片端壁气膜冷却特性的影响,依据真实重型燃气透平叶片参数,搭建了端壁气膜冷却实验台。采用压力敏感漆技术测量了不同质量流量比和装配间隙角度下端壁的气膜冷却特性,使用压力扫描阀测量了主流进口雷诺数和叶片表面压力分布。通过数值计算模拟了实验叶片装配间隙的流动结构,得到了装配间隙冷气出流质量流量比及射流角度的气膜冷却特性。结果表明：在装配间隙冷气出流质量流量比为0.1%～1.0%的范围内,在相同射流角度下,增加装配间隙质量流量能够提升透平端壁气膜冷却有效度,并增大装配间隙下游出口气膜覆盖面积,冷气质量流量比为1.0%时端壁气膜冷却有效度达到最高。由于叶片端壁表面的压力梯度导致装配间隙出流集中在流道中部及出口位置。在研究的60°～90°射流角范围内,在相同质量流量比下,减小装配间隙射流角度能够有效提升端壁气膜冷却有效度,75°射流角相较于90°垂直入射条件下的气膜冷却有效度增加接近一倍;射流角为60°时端壁气膜冷却有效度达到最高。     

船用燃气轮机红外抑制器的实验研究

采用可调节高度的支架,针对船用燃气轮机红外抑制器的喷管与混合管间距对抑制器引射性能的影响进行了热态实验.同时,实验了不同收缩比的喷管对其引射性能的影响,测量了抑制器出口截面直径方向上的压力和温度分布以及主流入口静压.结果表明:热态情况下喷管和混合管间距与混合管直径的比值a/D=0.875左右时,抑制器出口中心区排气温度最低.减小波瓣喷管出口与入口截面积比值（收缩比）Aout/Ain,有利于降低抑制器排气温度,但也将增大抑制器的阻力.     

蒸汽喷射式热泵性能实验研究

对蒸汽喷射式热泵的性能进行了实验研究,测量并分析了喷射器内的压力分布,引射比变化对引射压力和压缩压力的影响,喷嘴出口至混合室入口距离与引射比,引射压力,压缩压力之间的关系,在一定的工作压力和引射压力下,提高压缩压力会引起引射比降低,当压缩压力不变时,提高工作压力将使喷射式热泵引射比增大,当引射比达到极限值后,继续提高工作压力将引起压缩压力升高,若喷嘴出口至混合室入口距离取最佳值,热泵性能最好,超过最佳值,热泵性能将急剧恶化,实验与热力学第二定律综合分析表明,喷射器Yong效率随引射比的增大而提高,其值为0．50－0．55。     

脉冲周期对射流泵引射液体量的影响

为了提高射流泵在定量工作液条件下的引射液体量,提升射流泵的引射比,对射流泵工作液进行脉冲处理。通过模拟射流泵在8个脉冲周期下的三维流动,分析了不同周期和不同脉冲波形条件下,引射液体量、出口截面平均速度、出口湍流动能和喉管混合处的静压力等物理参数的变化规律。结果表明,在一定脉冲周期范围内,出口截面平均速度随脉冲周期的缩短呈上升趋势,且上升速率越来越快,可将速度平均值提升21%。与恒定射流相比,当脉冲周期大于0.06 s时,引射液体量不仅没有提升,还会产生流动涡旋,增加能量耗损;当脉冲周期缩短至0.04 s时,引射液体量提升显著;继续缩短脉冲周期,引射液体量最大可提升34%。