【摘要】：航空工業(yè)在近幾十年內(nèi)得到了迅速發(fā)展,商業(yè)飛行需求的不斷上升增大了飛機遭遇惡劣天氣的可能性。對于商業(yè)飛行常見的渦扇發(fā)動機,發(fā)動機在惡劣天氣下運行會吸入大量雨水,造成壓氣機失速,燃燒室熄火導(dǎo)致發(fā)動機降轉(zhuǎn)失效,嚴重威脅航空飛行安全。壓氣機作為發(fā)動機重要部件,研究吞雨對其性能的影響對于了解雨水對發(fā)動機的威脅有重要意義。本文中基于RB211發(fā)動機數(shù)據(jù),通過ANSYS建立了的具有一級風(fēng)扇和四級低壓壓氣機的渦扇發(fā)動機模型。渦扇發(fā)動機的吞雨過程通過兩相流CFD計算實現(xiàn),對渦扇發(fā)動機在起飛和飛行慢車工況下吞雨下發(fā)動機工作狀態(tài)進行了模擬,研究了在不同發(fā)動機工況下,液滴進口粒徑分布,液滴進口處速度,液滴非均勻來流對渦扇發(fā)動機工作的影響。通過對渦扇發(fā)動機吞雨的研究可知,渦扇發(fā)動機吞雨時,相比起飛工況,慢車工況下壓氣機的性能對液滴的進入更敏感。發(fā)動機風(fēng)扇和進氣鼻錐對于風(fēng)扇截面之后的液滴的重新分布有重要作用。發(fā)動機進口水氣比對渦扇發(fā)動機的工作影響最大,液滴在發(fā)動機進口處的粒徑分布和進入速度會改變到達風(fēng)扇截面的液滴狀態(tài),進一步影響液滴在風(fēng)扇截面后的分布。進入發(fā)動機的液滴其破碎過程主要發(fā)生在發(fā)動機進氣道和風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉柵通道內(nèi),風(fēng)扇通道內(nèi)的激波促使液滴發(fā)生破碎,并且激波強度的增強加劇了液滴的破碎過程。從熱力學(xué)角度分析,在不考慮液膜影響的情況下,水的出現(xiàn)對于風(fēng)扇和壓氣機的效率和壓比有積極的影響。風(fēng)扇和壓氣機的動力需求在渦扇發(fā)動機吞雨時會隨水氣比的增加而上升。非均勻液滴來流中由位于發(fā)動機分流環(huán)內(nèi)從進口處進入發(fā)動機的液滴對渦扇發(fā)動機的工作威脅最大,風(fēng)扇和進氣鼻錐對于液滴的偏轉(zhuǎn)能力隨液滴碰撞位置和碰撞角度的不同發(fā)生變化。風(fēng)扇鼻錐前部對于液滴具有良好的偏轉(zhuǎn)效果。本文中的兩相流模擬反映了渦扇發(fā)動機在吞雨時的工作狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)兩相流的計算中未考慮液膜的形成和運動對發(fā)動機的影響,進氣道對液滴的影響通過液滴的非均勻來流條件代替,詳細的進氣道幾何未被添加到本文的兩相流計算模擬中。
【圖文】：

徑在 2mm 到 3mm 之間。 基于以上研究結(jié)果，選定 1mm 來代表強降雨條件下的液滴的平均粒徑。圖1.1 雨滴粒徑分布情況. (a) 粒子總數(shù)的貢獻率. (b) 總的 LWC 的貢獻率.[16]1.4 液滴行為為研究因吞水對壓氣機性能的影響，了解液滴在發(fā)動機中的行為十分重要。 受到發(fā)動機中高速氣流的影響，雨水液滴進入發(fā)動機后會發(fā)生氣動破碎，附著在發(fā)動機表面，飛濺，在葉片表面形成液膜和蒸發(fā)。 發(fā)動機的性能受到以上液滴行為的復(fù)合影響，本小節(jié)中將對液滴在發(fā)動機中的不同行為分別進行描述。1.4.1 液滴的軌跡發(fā)動機在吞雨條件下工作時，，由冷凝所產(chǎn)生的直徑較小的液滴大部分會跟隨氣體的

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1.2 葉柵流道中的液滴軌跡[8]由上圖可知，大直徑液滴通過葉柵時幾乎全部同葉片表面發(fā)生碰撞，小直徑液滴一部分被葉片捕獲，另一部分跟隨氣流流出葉片通道。1.4.2 液滴破碎對液滴而言，維持液滴形狀的力稱為表面張力。由液滴和氣流之間的相對速度差所產(chǎn)生的阻力使液滴發(fā)生變形。 當由相對速度所的阻力超過液滴的表面張力后，液滴將會發(fā)生破碎。 Hinze[55]總結(jié)了三種液滴破碎的模式：(1) 液滴在初始階段會受力變?yōu)楸馄降臋E圓形狀，之后會變化為環(huán)形液體，并在最后環(huán)形液滴將會破碎成小液滴。(2) 液滴在初始階段變形為圓柱狀或雪茄狀的帶型液體，并在之后破碎成小液滴。(3) 液滴表面的局部變形可導(dǎo)致凸起的形成，在對液滴破碎有利的條件下，產(chǎn)生的凸起會脫離液滴并形成新的小液滴。液滴的破碎模式受到周圍流場的流動模式的影響
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V235.13

【參考文獻】

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本文編號：2681799