组合发动机蒙皮壁温计算方法研究

为满足组合发动机总体热防护的需要,分别采用参考温度法和大气透过率计算软件MODTRAN4计算了组合发动机蒙皮所受的气动加热和环境热辐射。利用本文建立的稳态热平衡方程,迭代求解得到组合发动机蒙皮在典型飞行工况下的一维稳态温度分布。将本文计算的结果与美国航空航天局(NASA)的实验结果进行对比,误差不大于6%。对典型飞行工况下不同蒙皮壁面发射率、不同飞行攻角进行了系列研究。结果表明:随着发射率的提高,蒙皮壁温逐渐降低,随着攻角的增加,蒙皮壁温逐渐增高。在某标准工况下,发射率为1.0的蒙皮温度比发射率为0.1的蒙皮温度低98.01K,降幅为12.76%。攻角为45°的蒙皮温度比攻角为0°的蒙皮温度高95.45K,增幅为13.14%。     

纳米单晶氩机械拉伸性质的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法对纳米单晶氩杆进行了机械拉伸变形和断裂的模拟研究。在拉伸过程中可以观察到原子位错,间隙的形成,裂纹的出现,以及后来的断裂分离等现象,与宏观的拉伸试样相似。MD模拟的拉伸试样的真实应力应变图显示,纳米单晶氩杆随着应变的增加应力略有增加,超过某一应变值后,应力急剧增加到最大值。随后,在加载速率较大时试样突然脆性断裂,在加载速率较小时应力却有一个突然的下降变负过程。这说明加载速率对材料的强度影响很大,当加载速度分别为2.16m/s和6.49m/s时,纳米单晶氩材料相应的断裂强度为2.6GPa和6.6GPa。纳米单晶氩材料在断裂前经历了一个较大的塑性变形过程,但其断裂方式却是完全脆性的。另外,纳米单晶氩材料在自由边界条件下充分弛豫后在垂直于拉伸的方向有轻微的收缩,不同于Al,Cu,Ni等具有FCC晶格结构的纳米单晶材料由于内力的作用引起轻微膨胀。     

直排波瓣喷管引射器流场计算k-ε模型的选择

应用N S方程 ,对一种实验引射性能较好的直排波瓣喷管引射器内复杂流场进行了数值模拟。采用三维贴体坐标 ,同位网格 ,研究了标准k ε、Chenk ε和RNGk ε湍流模型应用于波瓣喷管引射器流场计算的可行性和计算精度。结果表明 ,上述三种湍流模型均能揭示混合段中流向涡的发展规律。总的看来 ,Chenk ε模型和RNGk ε模型计算结果与测量值差别最小 ,远远好于标准k ε模型。     

直排波瓣喷管引射器流场计算κ-ε模型的选择

应用N-S方程,对一种实验引射性能较好的直排波瓣喷管引射器内复杂流场进行了数值模拟.采用三维贴体坐标,同位网格,研究了标准κ-ε、Chen κ-ε和RNG κ-ε湍流模型应用于波瓣喷管引射器流场计算的可行性和计算精度.结果表明,上述三种湍流模型均能揭示混合段中流向涡的发展规律.总的看来,Chen κ-ε模型和RNG κ-ε模型计算结果与测量值差别最小,远远好于标准κ-ε模型.     

尾缘凹扇及综合修形对波瓣混合器性能影响

建立了某实用的尾缘凹扇和综合修形波瓣混合器流场数值计算模型,通过三维数值模拟研究,得到了尾缘凹扇以及综合修形对波瓣混合器流场、热混合效率和总压恢复系数的影响规律.结果表明:凹扇修形热混合效率随切除大小的增大而减小,总压恢复系数随切除大小的增大而增加;在所研究的尾缘综合修形模型中,凹扇半切模型混合效率高,总压损失小,综合性能最好.      

波瓣数对波瓣强迫混合排气系统性能影响

建立了不同波瓣数的某涡扇发动机波瓣混合排气系统的几何模型和数值计算模型,通过三维数值模拟研究,得到了在波瓣强迫混合排气中不同波瓣数对波瓣混合器流场、热混合效率和总压恢复系数的影响规律.结果表明:在波瓣数8～24范围内,在波瓣尾缘处,流向涡无量纲平均涡量随波瓣数的增加而增大;在混合排气系统出口截面处,热混合效率随波瓣数的增加而减小,总压恢复系数随波瓣数的增加先增大后减小再增大.      

波瓣高宽比对波瓣强迫混合排气系统性能影响

在保证波瓣强迫混合排气系统内外涵流道面积不变的情况下,建立了某型涡扇发动机不同波瓣高宽比波瓣强迫混合排气系统的几何模型,基于Navier-Stokes方程进行了数值模拟研究,得到了波瓣强迫混合排气系统中,在涵道比和内外涵面积不变的条件下,波瓣高宽比对波瓣强迫混合排气系统的流场、热混合效率、总压恢复系数和推力系数的影响规律.结果表明:当涵道比不变时,在波瓣高宽比为2~4.5的变化范围内,在排气系统出口处,混合效率随波瓣高宽比的增加呈现出增大-减小-增大的趋势,其中波瓣高宽比为3和3.21分别为曲线的两个拐点.而随着波瓣高宽比的增加,总压恢复系数、推力系数均不断减小.      

气冷喷油杆隔热套高度对混合扩压器性能影响

针对一种带气冷喷油杆的混合扩压器,基于Navier-Stokes方程组建立了流场三维数值计算模型,研究了气冷喷油杆的隔热套高度对一体化混合扩压器流场、流阻特性和混合特性的气动热力性能影响规律。结果表明:隔热套高度对混合扩压器热混合效率影响不大,总体变化范围小于0.008;随着隔热套高度的增加,静压恢复系数逐渐减小,流阻系数和压力损失系数逐渐增大;在混合扩压器出口截面处,总压恢复系数随隔热套高度增加而逐渐减小,且总体变化范围较小,由0.991 1减小到0.990 7。      

燃油流量对气冷喷油杆性能影响的数值研究

以涡扇发动机加力燃烧室气冷喷油杆与隔热套为研究对象,分析燃油流量对气冷喷油杆和隔热套温度分布的影响,对其在巡航状态下进行了流热固耦合三维数值模拟研究,考虑了燃气、空气的多组分流动,以及燃油和燃气的两相流动。结果表明:随着燃油流量从0.01kg/s增加到0.07kg/s,两根喷油杆(P1和P2)平均温度下降4.6%,隔热套的平均温度下降2.8%;燃油在喷油杆下部流动速度过低,造成其下部温度较其他部分明显偏高,随着燃油流量而逐渐增加而改善;外涵冷气进入隔热套中的流动方向影响了喷油杆的温度分布;冷气从一号喷油杆侧的出口中流出的比例占到进入隔热套总冷气流量的60%左右,因此一号喷油杆的喷嘴温度比二号喷油杆的喷嘴温度低4%~7%。     

新型热混合效率公式及其在一体化加力燃烧室中的应用

为了解决国内外普遍使用的刘-谢热混合效率公式不能适用于有内热源流场(如加力燃烧)的问题,提出了一种新型的刘-杜热混合效率公式。该公式能够同时适用于有无内热源工况(如加力和非加力燃烧)下热混合效率的计算分析研究。基于公式推演结果,对新型热混合效率公式的取值极限进行了理论验证。通过同一非加力状态下与刘-谢热混合效率公式的对比分析,验证了新型热混合效率公式的正确性。接着,利用该公式研究了一体化加力燃烧室加力燃烧工况下波瓣混合器内扩张角对流体掺混过程的影响规律。在混合的后半段区域中,随着波瓣内扩张角增加,同一截面上混合流体对应的刘-杜热混合效率逐渐上升。在出口截面上,内扩张角25°模型对应的刘-杜热混合效率为0.779,相对于内扩张角0°模型增加了10.9%。