發(fā)布時(shí)間：2020-09-18 09:20

　　 在航空發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)孔作為重要的節(jié)流元件,在空氣系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)中起著重要作用。本文以不同傾角的孔為研究對(duì)象,采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)的方法,研究了不同傾角下孔流動(dòng)特性,為不同壁面上孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考。論文首先介紹了試驗(yàn)方法,重點(diǎn)分析了旋轉(zhuǎn)條件下流量測(cè)試的方法和相關(guān)封嚴(yán)措施。試驗(yàn)調(diào)試中發(fā)現(xiàn),采用端式封嚴(yán)技術(shù),可以有效的減小泄漏流量。隨后介紹了計(jì)算方法,說(shuō)明了湍流模型的選定依據(jù),驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的可靠性。比對(duì)結(jié)果表明,基于流體域相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的模擬方法配合Realizable湍流模型,可以較好的模擬旋轉(zhuǎn)條件下小孔入流的流線收縮及出流的偏轉(zhuǎn),計(jì)算和試驗(yàn)相比最大誤差為13%。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)轉(zhuǎn)速N=0~3040rpm,本文試驗(yàn)研究了徑向入流孔(180°孔)和傾斜孔(115°孔)在典型壓比下的流動(dòng)特性。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),同靜止工況相比,旋轉(zhuǎn)條件下兩種類(lèi)型旋轉(zhuǎn)孔的流量系數(shù)均出現(xiàn)明顯的減小。旋轉(zhuǎn)數(shù)Ro=0.67,180°孔的流量系數(shù)相比靜止工況減小了65.8%;旋轉(zhuǎn)數(shù)Ro=0.58,115°孔的流量系數(shù)減小了33.7%。相同旋轉(zhuǎn)數(shù)下,兩種類(lèi)型的旋轉(zhuǎn)孔流量系數(shù)基本不隨壓比的變化而改變。當(dāng)壓比保持不變的時(shí)候,兩種類(lèi)型旋轉(zhuǎn)孔的流量系數(shù)都隨著旋轉(zhuǎn)數(shù)的增大而降低。從旋轉(zhuǎn)數(shù)Ro=0到Ro=0.31,180°孔的流量系數(shù)減小了31.6%,115°孔的流量系數(shù)減小幅度達(dá)到了14.3%。通過(guò)針對(duì)試驗(yàn)工況的數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)條件下,由于孔入射角的增大,導(dǎo)致孔的有效流通面積減小,在離心力及其衍生的哥氏力綜合作用下,使得小孔的通流能力降低,相應(yīng)的流量系數(shù)減小。當(dāng)旋轉(zhuǎn)數(shù)Ro增加后,孔內(nèi)的流動(dòng)分離現(xiàn)象增強(qiáng),使得小孔的流量系數(shù)進(jìn)一步降低。進(jìn)一步比對(duì)180°孔和115°孔的流動(dòng)特性,可以發(fā)現(xiàn)在相同旋轉(zhuǎn)數(shù)下,由于科氏力和離心力的影響不同,115°傾斜孔的流量系數(shù)更大。這種差異的主要原因是隨著孔角度的增大,流體用于克服離心力和科氏力做功動(dòng)能損失增大,導(dǎo)致流量系數(shù)降低。隨后,論文針對(duì)不同傾斜角度、長(zhǎng)徑比的旋轉(zhuǎn)孔,開(kāi)展了流動(dòng)特性的數(shù)值仿真研究。結(jié)果中發(fā)現(xiàn):隨著傾角的增大,孔流量系數(shù)逐漸減小。在旋轉(zhuǎn)數(shù)Ro=0.69時(shí),傾角從90°增加到180°,降幅達(dá)到了27.5%。當(dāng)長(zhǎng)徑比變大,流量系數(shù)也隨之增大。當(dāng)長(zhǎng)徑比L/d=1增大到2時(shí),靜止條件下流量系數(shù)增大了3.5%,旋轉(zhuǎn)條件下流量系數(shù)增大了16.2%,相比靜止條件,由于旋轉(zhuǎn)條件下孔內(nèi)流動(dòng)分離較大的原因,長(zhǎng)徑比對(duì)流量系數(shù)影響更為突出。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：V231
【部分圖文】：

圖 1. 1 壓比改變時(shí)雷諾數(shù)對(duì)孔流量系數(shù)的影響[6]mpard[12]對(duì)長(zhǎng)徑比、壓比、孔入口倒圓、倒角等對(duì)靜止孔流量系數(shù)的止條件下，當(dāng)孔為長(zhǎng)孔時(shí)，隨著壓比的增大，孔流量系數(shù)逐漸增大夠增大孔的流量系數(shù)。隨后 Idris 和 Pullen[13]繼續(xù)了前人的研究，總數(shù)隨著壓比、雷諾數(shù)、長(zhǎng)徑比和倒圓、倒角的能夠參數(shù)變化的經(jīng)驗(yàn)件下軸向孔流動(dòng)特性研究現(xiàn)狀對(duì)旋轉(zhuǎn)條件下孔的流動(dòng)特性研究起步相對(duì)較晚，基于靜止孔流量系流量系數(shù)進(jìn)行了氣動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)影響因素的研究，主要包圓和入射角。數(shù)對(duì)孔流動(dòng)影響對(duì)旋轉(zhuǎn)條件下孔的流動(dòng)特性研究起步相對(duì)較晚，Meyfarth 和 Shine性進(jìn)行了研究，試驗(yàn)中改變了孔的數(shù)量、直徑和排列方式，結(jié)果發(fā)

本章對(duì) 180°孔（徑向旋轉(zhuǎn)孔）和 115°傾角旋轉(zhuǎn)孔的試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)過(guò)程中測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，同時(shí)對(duì)靜止條件下 180°孔試驗(yàn)結(jié)果與與經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式計(jì)算結(jié)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，從而確保試驗(yàn)的精準(zhǔn)度。 研究對(duì)象本文的主要試驗(yàn)研究對(duì)象有兩種類(lèi)型的旋轉(zhuǎn)孔：180°孔（如圖 2.1（a）所示），拐角旋轉(zhuǎn)孔孔（如圖 2.1（b）所示）。（a）180°孔（徑向孔）示意圖

寸示意圖 (b) 115° 壁面拐角處旋轉(zhuǎn)孔尺寸示意圖圖 2. 2 試驗(yàn)孔尺寸示意圖2.2 參數(shù)定義旋轉(zhuǎn)條件下孔流量系數(shù)dC 定義為過(guò)孔的實(shí)際流量與理想流量之比，本文采用的流量系數(shù)計(jì)算公式為 Maeng[17]推導(dǎo)的公式 (2-1)： * *1 12/ ( 1)/*1/ ( )2[(1/ ) (1 ) (1/ ) ]( 1)actdrotm T P ACTR T （2-1）2T2hrotpRC （2-2）*12PP （2-3）其中，actm為流體經(jīng)過(guò)孔的實(shí)際流量(kg/s)；*1T為入口總溫(K)；*1P為入口總壓(Pa)；A 為垂直于孔軸截面面積(3

本文編號(hào)：2821460