孔板倒角对平衡型低温流量计工作性能影响的数值分析

平衡型低温流量计可用于低温推进剂的加注、分配、输送等环节,其孔板结构特征是影响流量计性能的关键因素。为了研究孔板倒角对平衡型低温流量计流出系数、压力损失系数和稳定性的影响,建立了基于Mixture多相流模型、Schnerr-Sauer空化模型和Realizable k-ε湍流模型的CFD数值模型,并结合文献中的水翼空化实验和多孔板流动实验的结果验证了模型的可靠性。模拟计算结果显示,开设前倒角会增大多孔板的流出系数,减小压力损失系数,但会增大流量计测量时的不稳定性;在一定的计算工况下,45°的前倒角使流出系数由0.674增大到0.907,适当开设前倒角可以有效提高流量计的工作性能。而开设后倒角对流量计性能的影响较小。用于流体流量的双向测量时,可对多孔板的前后端均开设45°的倒角。     

径向进气轴向出流旋转盘腔总压损失特性研究

在径向进气轴向出流的旋转盘腔中,在哥氏力的影响下,流体速度的切向分量和流体的总压损失均增大,用数值计算方法研究其损失特性缺乏验证。采用试验方法研究了径向进气轴向出流旋转盘腔的压力损失特性,测试了不同工况下的旋转盘腔的进、出口总压,分析了流量系数和旋转雷诺数对径向进气旋转盘腔总压损失的影响规律。试验结果表明：旋转盘腔的总压损失随旋转雷诺数的增大而增大。随流量系数的变化规律较复杂,在较小旋转雷诺数下,总压损失随流量系数的增大而增大;在较大旋转雷诺数下,总压损失随流量系数的增大先减小后增大。     

双锥流量计流出系数特性的数值模拟与试验研究

提出了一种新型的差压式流量计——双锥流量计,利用Fluent仿真软件与实流实验相结合的方法,探索雷诺数、双锥直径比β对双锥流量计流出系数的影响规律。针对50mm管径,共加工了6个不同β值的双锥流量计。经过模拟计算,得到其流出系数与雷诺数有关,但在一定范围内趋于一个定值。此外,不同β值对流出系数的影响很小,在一定误差允许条件下可近似认为双锥流量计流出系数与β无关。进一步用实流实验验证了模拟结果的正确性,得到模拟计算的预测误差小于3％。     

进气道风洞试验气体流量计实况校准技术

为更精确地测量飞行器进气道风洞试验中流量参数，对进气道低速风洞试验中使用的小流量气体流量计开展实况校准方法研究，在FL-8风洞研制了一套工作压力小于0.1MPa，喷嘴Ma≤1，进气流量m≤2kg/s的基于音速喷嘴的可移动流量计校准系统。考虑到雷诺数与马赫数对流出系数的影响，采用依据实际风洞试验流量计工作状态参数的原则选取校准点；采取在流量计实际工作地点校准的方式以减小系统误差，校准后直接安装进气道模型进行风洞试验。试验结果表明：该校准方法重复性和装置稳定性良好，解决了现有流量计校准与实际试验中流动状态不一致，造成流出系数不准确的问题。有校准修正的流量要比无校准修正的流量相差2%～3%，由此引起进气道的性能参数差量达1%～2%。因此，该实况校准方法可有效减小测量误差，提升进气流量测量精准度。     

典型阶梯篦齿高转速密封性能试验

在高转速密封试验设备上，进行了实际尺寸阶梯篦齿压比(1.05～28)、相对密封间隙(齿尖密封间隙和齿宽比)(24～40)、泄漏流雷诺数(1900～28000)及旋转速度(0～12000r/min)等对密封性能影响的试验。结果显示:篦齿流量系数随压比变大而上升，随相对密封间隙变大而降低；转速低于5000r/min时，旋转对篦齿流量系数影响不明显，高转速、小压比时，篦齿流量系数随转速的升高而降低，降幅超过301%；较小雷诺数下，篦齿流量系数随雷诺数的减小快速降低，雷诺数超过6000以后，篦齿流量系数受雷诺数的影响不明显；气流通过阶梯篦齿第一道齿的压力损失最小，通过最后一道齿的压力损失最大，通过中间各齿的压力损失相当。基于试验测试数据，修正了典型阶梯篦齿流量系数的求解关系式，修正后的关系式计算值与实测值吻合良好。      

半物理试验起动阶段低温燃油流量计量技术路径探究

针对装备数控系统的2个型号发动机分别在台架试验和飞行试验中发生的低温起动失败故障,从数控系统半物理试验燃油流量计量宽范围、快响应、高精度的测量要求入手,分析了试验的测量环境与涡轮流量计检定条件要求的环境存在的较大差异,在低温条件下燃油黏度提高,造成了流量系数减小,试验室测量流量示值小于实际流量,低温燃油流量测量准确度存在不可接受的偏差;阐述了发动机低温起动失败故障时供油不足,不能通过当前的流量测量方法进行确认和故障定位,提出了解决高响应低温小流量测量技术问题的研究路径及关键技术的方案和思路,主要方案和思路有：质量流量计串联标定法、常温涡轮流量计串联标定法、体积管串联标定法。     

密度比对涡轮叶片气膜孔流量系数的影响

试验测量了某涡轮工作叶片表面不同位置气膜孔在不同密度比、吹风比和雷诺数下的流量系数,分析了各种因素对流量系数的影响程度,重点研究了二次流-主流密度比对流量系数的影响.试验结果表明:(1)密度比对不同位置气膜孔流量系数的影响也有差别:在吸力面、前缘等位置密度比对气膜孔流量系数影响较大;在压力面密度比对气膜孔流量系数影响较小.(2)以往采用空气作为主流及二次流,在低温差下进行试验所获的流量系数在用于涡轮叶片气膜冷却的实际情况时,必须进行修正.     

低温推进剂贮箱压力变化的CFD仿真

为预示低温推进剂贮箱在地面停放阶段的压力变化并研究贮箱内物理过程的相互作用关系,建立了包含液体推进剂和混合气体两相的二维轴对称volume of fluid(VOF)计算流体力学(CFD)模型,并引入了基于热力学平衡假设的推进剂相变模型.对实验液氢贮箱进行仿真得到的压力上升速率与实验结果相差9.1%.通过对地面加压停放阶段下的液氢和液氧贮箱的仿真发现:造成液氢贮箱压力上升的主要因素是壁面漏热对气枕的加热作用,而液氢蒸发影响更小,液氧贮箱在加压停放阶段初期明显受到液氧相变的影响.两个贮箱中液面附近的对流运动在不同的气液传热过程作用下有不同的变化趋势,对流运动会影响推进剂的相变进而影响贮箱的压力变化.      

涡轮机匣流动阻力特性实验

通过实验测量了不同雷诺数（80000~260000）情况下整个涡轮机匣腔内的压力分布,总结了涡轮机匣腔内压力分布和流动阻力特性.实验结果表明:①在腔二到腔三的过渡区域,压力下降非常明显,压力损失较大;②随着雷诺数的增大,静压系数有增大的趋势,增大的幅度在19%以内;③随着雷诺数的增大,总压损失系数变化较为平稳,变化范围在10%以内.      

均速管流量计流量系数数值校验方法研究

针对较大口径均速管流量计的流量系数获取、校验十分困难的问题,采用仿真和实验结合的方式对有效长度为300mm的均速管流量计的测量特性进行对比研究。利用标准k-ε双方程湍流模型,在直管段充分发展流下,计算该流量计端面是否粗糙处理情况下的输出差压及流量系数等测量特性,结果显示端面粗糙处理对流量计测量特性影响很小。采用数值仿真的方法对均速管流量计的流量系数进行了计算,并在实验室标准装置中对其特性进行实验验证。仿真和实验测得的流量计输出特性相似性较好,相对偏差可在±0.3%以内。该结果显示,对流量系数的数值仿真可为较大口径均速管流量计的校验提供新的思路和途径。     

桥梁断面雷诺数效应

雷诺数效应是流体力学的传统基础性问题,随着桥梁跨度的增加,桥梁断面雷诺数效应研究日显重要.在近两个数量级的雷诺数范围内测量了两类桥梁断面的三分力,以及表面压力.研究了桥梁裸体断面三分力系数及表面压力系数的雷诺数效应,宽高比对裸体断面三分力系数,以及表面压力系数雷诺数效应的影响.近流线型桥梁断面的阻力系数、升力系数都有明显的雷诺数效应,Ⅱ型断面阻力系数雷诺数效应与近流线型断面规律相反,雷诺数对两类断面的表面压力分布具有较大影响.宽高比对三分力系数雷诺数效应有明显的影响.     

缩进深度对同轴式喷嘴流量特性的影响

为研究同轴式喷嘴缩进深度对喷嘴流量和燃烧性能的影响，研究了缩进区内的流动、蒸发和燃烧过程，并建立了理论分析模型。对某同轴式喷嘴的计算表明，计算结果与热试数据相吻合。喷嘴缩进区内液氧蒸发量不超过1．5％。但缩进深度将引入不可忽略的缩进压力损失(本算例混合比为1时，缩进压力损失约为0．6MPa)，并导致喷嘴流量特性发生变化：氢氧喷嘴流量系数随缩进深度增大而减小；氢喷嘴流量系数随混合比增大而减小，氧喷嘴流量系数则反之。缩进区能显著改善气液速度比和动量比，因而有利于雾化、混合和燃烧效率的提高。     

涡轮叶片前缘气膜冷却换热实验

针对某型涡轮叶片放大模型的前缘冷却结构气膜冷却效果开展了细致的实验研究,利用红外热像仪测量了叶片表面的温度场分布,分析了前缘的气膜孔倾角、吹风比、主流雷诺数等参数对绝热冷却效率和压力损失的影响.实验中前缘的3排气膜孔倾角变化范围是35°~90°,主流雷诺数变化范围是76112~142624,吹风比变化范围是0.44~2.64.结果表明:气膜孔倾角越小,前缘驻点附近的气膜覆盖效果越好;气膜孔倾角为45°的叶片压力损失系数最小,气膜孔倾角为75°的叶片压力损失系数最大;主流雷诺数增大,绝热冷却效率下降,压力损失系数增加;吹风比增大到1.32时,绝热冷却效率达到最大,吹风比再增大绝热冷却效率反而下降.      

带盖板的预旋系统温降和压力损失数值研究

为了更大限度地挖掘预旋系统的温降潜力,对有盖板的预旋进气转-静盘腔内的气动热力问题进行了数值模拟,研究了旋转雷诺数、无量纲流量和旋转比对系统温降和压力损失特性的影响,结合盘腔内的流动特征分析了预旋温降和压力损失机理.计算表明绝热条件下的预旋温降主要受动静坐标系转换引起的动降温、离心升温,以及摩阻做功与黏性耗散等不可逆因素三方面影响,其中动降温取决于气流速度和相对速度,这些因素综合决定了系统温降随旋转雷诺数、无量纲流量和旋转比的变化规律.系统压降主要受气动损失、离心升压和坐标系转换引起的动压变化三方面影响.数据显示旋转比是无量纲温降和压力损失系数的主要影响因素.还讨论了预旋孔和接受孔流量系数随流量、转速和旋转比的变化规律.     

基于不同相变模型的微重力液氢贮箱内压力与温度分布仿真预示

受空间热流的作用,相变是低温推进剂在轨压力控制中需要被考虑到的影响因素。为研究液氢贮箱内的流体行为特性,建立了低温流体CFD仿真模型,对于相变过程,基于不同的相变传质理论,建立了四种相变仿真模型。根据NASA开展的AS-203液氢贮箱压力上升试验数据,对封闭贮箱内压力上升和温度分布开展仿真预示,分析了不同相变仿真模型对压力上升和温度分布预示的结果。结果表明,相变模型1和相变模型3得到的压力上升速率和温度场结果与试验结果趋势较为一致。受到算法和适用性的影响,相变模型2和相变模型4对AS-203液氢贮箱的温度预示偏差较大,相变模型4对压力上升的预示偏差较大。     

基于上游渐扩管安装条件的内锥流量计性能预测

针对内锥流量计使用灵活性要求，利用计算流体动力学数值仿真和实流实验相结合的方法，研究上游渐扩管安装条件对内锥流量计性能的影响，以获取所需的最短直管段长度。研究对象是100mm口径、β值分别为0．45，0．65，0．85三种结构类型的样机。开展了基线和渐扩管两种类型的实验，仿真和实验的介质均为常温水，雷诺数范围分别为0．2488×10^5～2．488×10^5和0．3843×10^5-2．479×10^5，仿真结果和实验结论一致。利用附加不确定度和流出系数相对误差作为主要的评价标准，给出了上游渐扩管安装条件内锥流量计所需的直管段长度。     

高位进气径向出气转静系静盘压力研究

用实验的方法获取了高位垂直进气径向出流的静盘表面压力分布和转静腔内的旋流系数.实验结果表明:在低于0.6倍半径的范围内,沿半径增大方向静压随之增大;在射流孔处压力降至最低,而后又突然升高并逐步趋于平稳;静盘表面压力随着流量的增加而增加,随着旋转雷诺数的增加而降低;在旋转雷诺数小于等于2.6×106、流量系数小于等于4.50×104的范围内两盘间可以形成稳定的旋转核心.此外,在实验范围内,流量系数和旋转雷诺数对旋流系数值的影响较小.      

基于射流襟翼的涡轮平面叶栅流动控制实验

实验研究了襟翼射流对涡轮叶栅流动的控制,实验测量了某型涡轮叶片压力面尾缘附近由直径为1mm的射流喷口喷射不同流量射流,对不同流动状态下涡轮叶栅流动的影响效果.结果表明:射流襟翼能够有效控制通道内的主流质量流量和流动方向;在进口雷诺数为71742,马赫数为0.048,湍流度为１％状态下,当射流流量达到主流质量流量的4%时,主流质量流量减少了13.32%,气流转折角增大了6.34%;随着射流流量的增大,叶型载荷系数有所降低,同时总压损失系数会增大.      

间冷回热循环发动机间冷器流动换热性能试验

试验获取了各个状态下间冷器试验件冷气、热气通道进出口气流的总温、总压等参数,进而获得间冷器的流动阻力特性和换热特性。评估了间冷器流动换热性能,并与理论计算结果进行对比分析。结果显示:热气通道流体压力损失系数理论计算值与试验值吻合良好;冷气通道压力损失系数随冷气雷诺数的增加逐渐降低,理论计算值低于试验值;随着冷气流量的增大,间冷器换热效率先降低,当间冷器冷气通道流量大于热气通道流量时,换热效率开始逐渐升高;换热效率理论设计值与试验值误差较小,换热效率随着热气冷气温比的增大先略有升高,随后基本保持不变。     

直射式喷嘴流动特性的数值和试验研究

加力燃烧室喷油杆多采用直射式喷嘴,为进一步分析影响喷油杆通流能力的因素以及喷嘴内部燃油空化的问题,进行了数值和试验研究。选取了Schnerr-Sauer、Singhal 及Zwart-Gerber-Belamri三种空化模型进行比较后,采用Schnerr-Sauer空化模型进行计算,对喷嘴的流量系数、空化区域以及空化源进行了数值模拟,对2种典型直射式喷嘴进行了试验分析。结果表明：喷孔长径比、开孔位置对流量系数影响较大,喷孔前加过渡段能够起到一定的稳流、消除空化的作用,在喷孔大锐角入口处形成明显的空化源,空化体积分数随压力、壁厚和入口段变化,进一步计算发现当进口倒角为30o～45o或者圆角,倒角比W/D=0.2左右时能有效抑制燃油空化。