冷氣預(yù)旋結(jié)構(gòu)的溫降與流阻特性研究.pdf

1、航空發(fā)動機的循環(huán)參數(shù)越來越高，熱端部件的工作環(huán)境更加惡劣，空氣系統(tǒng)和冷卻設(shè)計面臨著巨大的壓力。熱端部件需要更好的冷卻，但冷卻氣流的溫度隨著壓比增大而升高，冷氣引氣量的增加將降低航空發(fā)動機推力/功率，這些因素限制了發(fā)動機性能的提升。這種情況下，研究能提高冷氣冷卻品質(zhì)的預(yù)旋技術(shù)很有必要。利用預(yù)旋結(jié)構(gòu)，使氣流在預(yù)旋噴嘴內(nèi)膨脹，降低氣流靜溫，并使其獲得與旋轉(zhuǎn)系轉(zhuǎn)向相同的周向速度，減小冷氣與旋轉(zhuǎn)系的相對速度，對旋轉(zhuǎn)系而言，達到降低相對總溫，從而提

2、高冷氣冷卻品質(zhì)的目的。
　　本文開展了以下三方面的工作：
　　對三種典型的預(yù)旋結(jié)構(gòu)的溫降和流阻特性開展了研究。對軸向直導(dǎo)預(yù)旋系統(tǒng)開展了模型試驗，獲得不同工況下，溫降和流阻特性隨無量綱流量和旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)的變化規(guī)律，分析了預(yù)旋系統(tǒng)的內(nèi)部流場和流阻分布。在簡化的軸向蓋板預(yù)旋系統(tǒng)的研究中，通過開展數(shù)值模擬，獲得了氣動參數(shù)對預(yù)旋溫降和流阻的影響規(guī)律，分析了蓋板預(yù)旋系統(tǒng)的轉(zhuǎn)靜盤腔、接受孔和共轉(zhuǎn)盤腔內(nèi)的流動特點。對徑向預(yù)旋系統(tǒng)做了模型試驗和

3、數(shù)值計算，得到溫降和流阻特性隨無量綱流量和旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上對預(yù)旋噴嘴和接受孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對預(yù)旋溫降和流阻的影響進行了分析。
　　接受孔是蓋板預(yù)旋系統(tǒng)的重要元件。為明確接受孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對蓋板預(yù)旋系統(tǒng)溫降和流阻特性的影響，改變接受孔的幾何參數(shù)進行計算，得到了不同面積、徑向位置和長徑比時的接受孔內(nèi)部及附近流場，分析了接受孔幾何參數(shù)影響預(yù)旋效果的作用原理。為提高一維計算精度，建立接受孔的周向速度比模型，并編制預(yù)旋流路的一維計算程

4、序，對比引入周向速度比前后的計算結(jié)果，驗證了該模型的正確性。
　　對軸向直導(dǎo)預(yù)旋系統(tǒng)和徑向預(yù)旋系統(tǒng)做了探索改進。為改善直導(dǎo)預(yù)旋系統(tǒng)中轉(zhuǎn)盤的低位換熱，研究了帶雙排噴嘴的直導(dǎo)預(yù)旋系統(tǒng)，計算結(jié)果表明相同條件下，該結(jié)構(gòu)能強化低半徑的換熱，并有效降低轉(zhuǎn)盤的表面溫度。在徑向預(yù)旋系統(tǒng)的共轉(zhuǎn)腔內(nèi)布置導(dǎo)流片，研究了導(dǎo)流片模型的溫降和流阻特性。數(shù)值研究了相同進出口條件下光滑共轉(zhuǎn)腔模型和導(dǎo)流片模型的預(yù)旋特性，并對內(nèi)部流場進行分析，揭示了導(dǎo)流片結(jié)構(gòu)提高預(yù)