一种改进的冲压发动机一维流分析模型

为了建立一种适用于冲压发动机的不依赖于实验数据的、可以实现多区域跨声速区稳定求解的一维流分析计算模型,通过对目前已有的各种冲压发动机一维流分析模型进行分类、总结和对比分析表明,依靠实验静压数据的一维模型难以满足实际性能计算的需要,去掉等压段假设并用摩擦项替代芯流经验公式是可行的,多区域跨声速区求解可以通过变量替换法实现。在此基础上,建立了一种改进的适用于冲压发动机的一维流快速计算模型,该算法不依赖于实验数据,可以实现多区域的跨声速区稳定求解。将算例结果与实验数据相比,总压误差在5.2%以内;与某模型的结果相比,总温相差1.3%,马赫数相差2.7%。新模型的结果在马赫数、静压、总压、总温等参数的计算上较准确,改进方法可方便快速地用于冲压发动机的性能计算。     

燃烧室新型席壁结构的壁温计算

建立了考虑壁面纵向导热的计算席壁壁温的七热流模型。提出了求解该模型的方法, 并考虑物性参数随温度的变化等因素, 据此, 分别对设计状态和实验状态下的席壁火焰筒的内外壁温的分布进行了计算, 并与原型气膜冷却的壁温分布及实验值进行了比较。计算结果表明, 与实验值基本吻合, 并表现出良好的冷却性能。其冷却空气量比原型节省20%左右, 壁温明显低于原型, 且沿轴向分布均匀, 因而可望较大地提高火焰筒的使用寿命或涡轮前燃气温度。      

考虑导热对流和辐射作用的轴对称收扩喷管壁温计算

基于N-S方程求解了包括引射流、加力燃烧室在内的轴对称收扩喷管内外流一体化的流场,建立了考虑导热、对流换热和辐射换热作用的轴对称收扩喷管各层壁温分布的计算模型,包括隔热屏、喷管简体、外调节片三层结构.对某航空发动机进行了多工况计算,燃气的物性随压力、温度和油气比的变化采用了一系列精度较高的计算公式和计算方法.计算结果表明:基于密度求解器求解包含引射流在内的轴对称收扩喷管内外流一体化的跨声速流场是成功的.隔热屏和收扩喷管筒体沿流向温度逐渐升高,喷管筒体壁温在喉部达到最大,在扩张段逐渐降低;收扩喷管外调节片壁温与收扩喷管简体的壁温变化规律相同,但是壁温最大值则位于喉部前某一位置.计算结果与经过试验验证程序的结果符合良好.      

亚跨超音速喷管内流场的整体矢通量分裂算法

从N－S方程出发，采用先进的矢通量分裂算法，对亚跨超音速喷管内流场进行了整体模拟计算。文中对几种不同计算格式的计算效率进行了比较，给出了超音速占优混合流动的直接分割求解方法。计算采用代数湍流模型，跨音速段的计算结果同其它实验和计算结果进行了比较。计算中发现对出口边界条件进行亚音速、超音速和有回流分别处理很有必要；边界层内的M数沿壁面法向变化非常快；不同壁温条件和不同的流动Re数均会改变边界层的厚度。     

轴对称矢量喷管三维传热计算研究

采用封闭腔理论算法，利用矢量喷管的三维内流场数值计算结果，对轴对称矢量喷管的壁温分布进行了数值计算。计算结果表明，在非矢量状态，喷管同一轴向位置处的周向壁温基本相同，壁温分布可按一维处理。在矢量状态，喷管同一轴向位置处的周向壁温相对差值达15％，壁温分布呈现复杂的形式，必须采用三维计算方法计算壁温分布；喷管扩张段壁温明显高于非矢量状态，所开发的计算方法和程序既可用于轴对称矢量喷管的工程设计，也可为试验验证提供理论依据。     

轴对称矢量喷管的气膜冷却及红外辐射耦合计算分析

为考察喷管壁面气膜冷却以及红外辐射特性对高性能航空发动机壁温分布的影响,对燃气红外波带的光谱特性采用窄波段模型计算,对壁面-燃气辐射采用封闭腔模型计算,对喷管收敛段的气膜冷却采用绝热温比计算。对于包含喷管壁面、隔热屏、套筒的多层结构传热建立壁温-热流耦合的热平衡方程,用Newt on-Raphson求解得到喷管及内外结构的壁温。对NASA TN D-1988中试验台架发动机喷管扩张段的气膜冷却及壁温进行验证计算,并详细计算了收敛段采用多排缝槽气膜冷却的轴对称矢量喷管。结果表明:气膜冷却有效降低了喷管收敛段的壁温,使得喷管扩张段成为受热严峻的部位;扩张段偏转改变了扩张段壁面温度和红外辐射的圆周分布,沿偏转方向的壁温和红外辐射都明显低于偏转反方向的,2个方向上的平均壁温相差约4.8%,喷管在后半球的辐射沿偏转方向增强。数值模拟结果与试验测量值吻合良好,可用于发动机喷管壁温分布精确计算。     

燃烧室室壁冲击／气膜复合冷却壁温分布研究（二）理论部分

在考虑轴向导热的基础上，结合壁温分布实验数据，用纯气膜及冲击换热的研究成果，发展了计算纯气膜，夹层气膜及／气膜复合冷却火焰筒一维壁温分布计算程序，计算结果与实验结果二者基本吻合，研究表明，在冲击／气膜复合冷却计算中，应充分考虑Ｃｍ的值随Ｇｃ增大而增大的情况，且冲击／气膜冷却中的Ｃｍ取值高于纯气膜及夹层气膜冷却计算的Ｃｍ取值，本程序可用于纯气膜、夹层气膜及冲击／气膜复合冷却火焰筒一维壁温分布的初步分     

带气膜冷却的火焰筒壁温的数值分析

 采用数值方法，预测了由两通道两股气流构成的二维平缝气膜冷却的火焰筒壁温，获得了整个流场、温度场以及相应的流动和换热特性。在计算中，对紊流采用“ｋ ε”两方程模型处理；在固壁附近运用壁面函数法；运用热流法计算了高温气体的热辐射；对两种不同介质的交接面的导热系数运用调和平均法。最后与实验结果相比较，得到良好的一致性。     

有隔热涂层的火焰筒壁温计算方法

提出一种适用于有无隔热涂层时考虑火焰筒壁面温差的燃烧室火焰筒壁温分布的计算模型和方法。通过计算结果与试验结果的比较证明所建立的程序可有效地预估气膜冷却火焰筒的壁温分布 ,并为火焰筒强度寿命预估提供了基础。计算结果表明隔热涂层在一定程度上降低了火焰筒的壁面热流 ,对火焰筒壁起到了保护作用     

Sellers叠加模型在多孔阵冷却方式中的应用研究

对Sellers叠加模型[1] 作了阐述和推导。应用传热传质类比原理 ,进行了单排孔及多排孔阵绝热温比的实验研究。实验结果与该叠加模型的计算结果进行了比较和分析 ,两者在实验范围内吻合较好。表明该模型可用于燃烧室多孔冷却火焰筒的壁温预测。     

基于Gambit前处理的气膜冷却火焰筒壁温分析

为更好实现航空发动机燃烧室气膜冷却结构火焰筒的壁温分析和冷却结构优化,针对原有的火焰筒2维壁温计算程序开展了2次开发工作,形成了基于GAMBIT前处理的火焰筒壁温分析程序。新的计算过程采用Gambit软件对几何模型进行前处理,生成三角形网格、指定边界条件分组,通过编制前处理模块代码,对导出的网格文件进行解析,进一步将各种信息导入已有的有限元壁温计算程序,完成壁温计算分析。给出了采用以上方法进行火焰筒壁温计算和优化的实例,结果表明:该方法较为有效地克服了原方法的各项缺点,其交互性强,大幅度提高了工作效率。     

钻孔式气膜冷却火焰筒壁温计算

本文以WP-7乙火焰筒为例,对钻孔式气膜冷却火焰筒壁温做数值计算 1.物理模型和热平衡方程 图1为WP-7乙火焰筒结构简图,火焰筒共有搭接焊接的5个气膜冷却段。 (1)气膜冷却腔道内的传热分析 气膜冷却空气流过图2所示的气膜冷却腔道,它是由前一气膜冷却段壁面的后部(内侧壁)和后一气膜冷却段壁面的前部(外侧壁)联结     

环管型燃烧室火焰筒壁温气热耦合数值模拟

针对某型燃气轮机运行时回流式环管型燃烧室的火焰筒常发生烧蚀和裂纹,需获取其火焰筒壁温分布特点,进行分析以提出改进措施.全面考虑固体导热和辐射传热、气体与固体间的对流换热以及火焰和燃气的辐射,对燃烧室进行三维气热耦合数值模拟计算,获取流场、温度场以及壁温分布信息,并结合实验验证了三维气热耦合数值模拟能够较有效预测火焰筒壁温分布.由模拟结果知该型火焰筒壁温未超过设计值1 223K,但在联焰管与筒体连接处以及多个主燃孔处的温度较高、温度梯度较大,需要对这些部位的冷却方案进行改进.     

具有陶瓷涂层的火焰筒壁温和热流计算

对具有陶瓷隔热涂层的气膜冷却式火焰筒壁面温度和热流提出~种计算方法。在分别建立陶瓷涂层和金属壁面热平衡方程的基础上,给出两者之间的导热耦合关系,使计算模型更加符合实际传热过程。计算过程中始终考虑到金属壁面的轴向导热。通过算例研究了陶瓷涂层对气膜冷却式火焰筒壁面温度和热流的影响。有涂层时壁面温度低于无涂层时壁面温度,但它们的变化规律相似。燃气温度越高陶瓷涂层的隔热效果越好。     

气膜冷却火焰筒壁温的数值计算方法

关于火焰筒壁温,文献[1～4]均做过计算。一般采用了下列假定:①一维稳定紊流,②外套为绝热壁面,③忽略火焰筒内外壁面温差,④热辐射为一维模型,⑤忽略火焰筒壁面内的纵向导热,⑥忽略气膜段搭接处的接触导热,⑦忽略气膜段端面的对流换热,⑧忽略冷却空气在环形通道中的温升,⑨忽略物性随温度变化的影响。      

燃烧室壁冲击-逆向对流-气膜冷却特性的数值研究

采用FLUENT软件对冲击-逆向对流-气膜冷却结构进行了流固耦合计算, 得到了对流通道和气膜形成区流场、流体温度场以及固壁温度场分布, 分析了该冷却结构内部复杂的流动和换热情况.计算研究目的是摸索一种火焰筒壁温的计算方法, 以较好地获得火焰筒壁温分布.计算结果和试验结果进行了对比, 两者有较好的吻合性.分析表明采用流固耦合计算获取冲击-逆向对流-气膜冷却结构的壁温分布是可行的.      

多斜孔冷却火焰筒燃烧性能试验研究

为了保证高温升燃烧室火焰筒壁温,进行了多斜孔冷却火焰筒燃烧性能试验.通过对多斜孔冷却火焰筒和常规气膜冷却火焰筒的试验对比,研究了多斜孔冷却火焰筒的燃烧性能.研究结果表明:与常规气膜冷却火焰筒相比,多斜孔冷却火焰筒具有冷却空气量少、火焰筒壁温低和温度梯度小等优点;采用了多斜孔冷却方式的火焰筒,其温度场、燃烧效率、火焰筒壁温和慢车贫油熄火油气特性等燃烧性能均达到或超过了常规气膜冷却火焰筒的水平.     

三头部燃烧室火焰筒壁面温度测试研究

为对3种不同冷却结构形式的三头部燃烧室冷却效果做出评定,采用K型铠装热电偶和示温漆技术同时对燃烧室3种火焰筒的表面温度进行试验测试研究.试验结果表明:有限的热电偶只能测试局部的火焰筒温度,难以全面反映燃烧室火焰筒冷却效果;示温漆测试技术能有效的区分出燃烧室火焰筒壁面温度及显示温度场分布,示温漆等温线判读精度可达±10℃,为燃烧室3种火焰筒冷却结构效果的评定提供了数据支撑.      

双旋流器燃烧室壁温试验

采用红外热像仪对带双级旋流器的模型燃烧室火焰筒壁面温度进行了测量,试验研究不同进气温度、油气比和主燃孔参数对火焰筒壁面温度分布的影响.试验研究表明:主燃孔参数变化对火焰筒壁面温度分布有较大的影响;火焰筒壁面温度值随着进气温度的增加而明显升高,但壁面温度分布变化不大;油气比的变化对壁面温度值影响不太大,但对温度梯度影响较大.所得的试验结果可为新燃烧室设计提供一定的参考依据.