大涵道比航空发动机风扇/增压级鸟撞性能数值模拟研究

针对民航客机涡扇发动机鸟撞问题,以某民机大涵道比涡扇发动机风扇/增压级为研究对象,将风扇鸟撞造成的缺损进行简化,构建了四种简化的鸟撞损伤模型。在此模型的基础上,采用数值模拟方法,预测和分析鸟撞损伤引起的风扇气动性能变化。通过分析得出,鸟撞后风扇流量、压比、效率、裕度均显著下降,缺损超过两片叶片后性能显著恶化。其中靠近损伤叶片吸力面一侧的叶片入口攻角增大,产生流动分离,是造成风扇裕度下降的关键叶片。     

压力畸变对大涵道比涡扇发动机影响仿真

基于部件匹配技术的大涵道比涡扇发动机性能仿真模型和平行压气机模型耦合,实现了可以定量分析压力畸变影响的性能仿真程序。以某大涵道比涡扇发动机为例,开展了压力畸变对其压缩部件(风扇、增压级、高压压气机)的喘振边界、共同工作线、喘振裕度以及发动机推力、耗油率的影响仿真。计算结果表明,压力畸变对喘振裕度的影响主要是使压缩部件喘振边界下移,其共同工作线由于存在压力畸变会产生偏移,但其量级较小。对于大涵道比涡扇发动机,压力畸变对风扇外涵喘振裕度影响最大,对风扇内涵/增压级影响次之,对高压压气机影响最小;压力畸变同时会造成发动机推力下降、耗油率上升。     

变循环压缩系统单外涵模式外涵节流特性分析

为了解某双外涵变循环发动机压缩系统的风扇、核心机驱动风扇级(CDFS)和高压压气机三者之间的流动匹配机理,利用流体力学软件Numeca,在三个典型内涵道背压下,获得了单涵道模式下的外涵道节流特性。结果表明：对外涵道的节流可以实现涵道比的大幅度调节,可以通过影响风扇和CDFS的工作状态来实现外涵道增压比和内外涵道绝热效率的大幅度调节。     

非设计工况风扇形变与气动影响数值模拟研究

当发动机在非设计点工作时,由于离心力和气动力的差异,风扇叶片的真实热态叶型将与设计状态的热态叶型产生偏差。本文以某型民机大涵道比风扇叶片为基础,针对换算工况与物理工况的热态叶型形变偏差,以及部分转速与设计转速热态叶型的形变偏差,分析两种偏差下热态叶型的变化,并对形变带来的特性和流场变化开展数值模拟分析,量化形变对风扇叶片性能的影响,进而为风扇叶片数值分析结果的修正提供了依据。     

短距起飞/垂直降落战斗机升力风扇驱动方案研究

为了降低短距起飞/垂直降落战斗机轴驱动升力风扇驱动系统的设计制造难度,提出了一种利用发动机外涵道抽气在小涡轮中做功以驱动升力风扇的新方案,并建立了小涡轮驱动方式下的总升力和热效率计算模型。对总升力和热效率的计算结果表明,在选取合适的抽气比及小涡轮进气温度时,小涡轮驱动方式所产生的总升力与轴驱动方式相当或更大。小涡轮驱动方式除垂直起降阶段系统热效率略低外,在质量控制、设计开发难度、调节与控制、升力风扇布置灵活性等方面均具有优势。     

导流涵道安装角度对垂直轴水轮机性能影响研究

垂直轴水轮机转子增加增速装置能够有效提高能源利用率,但相关导流涵道安装角度对垂直轴水轮机水力学性能影响的研究较少。文章针对一种导流涵道装置,采用CFD数值模拟研究方法,研究导流涵道安装角度不同时,对垂直轴水轮机的输出功率和能源利用率的影响,以及垂直轴水轮机叶片和导流涵道的受力情况。研究结果表明:当导流涵道安装角α为0°时,水轮机的能源利用率最大,最大可达0.658,导流涵道受力情况更好;当安装角α为0～10°时,随着安装角度的增大,水轮机的能源利用率逐渐减小,最大减少13.6%,水轮机叶片受到的平均侧力会增加,平均推力和平均扭矩会减小,下导流涵道受力和力矩增大。     

基于CFD的发动机冷却风扇气动噪声分析

介绍了发动机冷却风扇气动性能的试验方法,利用Fluent软件对C型风管式台架风扇性能测试系统进行了仿真模拟,得到了风扇的流量、静压及静压效率结果.根据风扇图纸上性能数据进行了仿真模型修正,基于修正后模型进行了风扇气动噪声仿真,并与测试进行对比.结果显示,在各测点噪声仿真与测试数值接近且变化趋势一致,验证了仿真方法的有效性,为风扇的优化设计、配套选型提供了参考依据.     

溴化锂吸收式热泵的动态建模及运行特性分析

为充分挖掘吸收式热泵的动态运行特性,考虑各部件存量工质的储热特性建立考虑传质和分布参数的溴化锂吸收式热泵动态仿真模型。在机组各设备存量工质质量不同的情况下,分析了热源工质进口温度的提升对冷却水和冷媒水出口温度的动态影响及系统的热惯性特征,同时在热源工质进口、冷却水进口和冷媒水进口温度变化的情况下,分析了系统的性能系数(Coefficient of Performance, COP)变化特性及结晶风险变化特性。结果表明：该模型能准确地模拟吸收式热泵的稳态特性和动态特性;机组的热惯性主要与机组内各设备中的存量溶液质量有关;热源工质入口温度的上限受到系统COP及结晶风险的双重影响;冷却水入口温度的下降可增大系统COP,其下限受到结晶风险的限制;冷媒水入口温度的上限不受结晶特性限制;主要受用户侧的用能需求限制。     

改变开孔位置对风扇叶片气动特性的影响

基于从叶片压力面到吸力面开孔射流可以延缓吸力面尾缘气流分离的思想,以NASA67风扇叶片为原型进行开孔设计,通过数值模拟分析了开孔射流对该风扇叶片的流动特性、性能和稳定性的影响。结果表明经开孔射流处理能有效改善叶片吸力面尾缘的流动特性,从而提高压气机性能和稳定工作范围,同时合理地选取开孔位置可以进一步有效地发挥开孔射流的作用,从而更好地改善压气机性能。     

结构弹性对桨距角突变下风力机气动性能的影响

对桨距角突变情况下的风力机气动性能进行了数值模拟,着重分析了风力机叶片非对称性、叶片结构弹性及塔架结构弹性对气动性能的影响,并模拟了桨距角突变情况下风力机气动性能的过冲现象.结果表明:变桨前后主轴扭矩的波动主要是由于风力机2个叶片质量非对称引起的,而风力机叶片结构弹性加剧了风轮主轴扭矩在过冲过程的振荡;风力机叶片非对称性、叶片结构弹性及塔架结构弹性共同作用是导致轴向推力出现波动的主要原因.     

航空发动机零部件防火性能研究及适航审定探索

依据中国民航规章《航空发动机适航规定》CCAR 33.17防火条款,对某型航空发动机管路和箱体部件进行了防火试验。通过对试验数据进行分析,提出影响发动机零部件防火性能及试验成功的三个关键因素:部件内存留工质体积;工质流量;部件腔内压力。在此基础上,对适航审定过程中防火试验判据要素进行了研究,并对航空发动机零部件防火设计展开了探索。     

微喷管内气体流动的实验研究与数值模拟

通过实验和数值模拟来研究气体在渐缩微喷管内流动,基于连续介质模型研究了二维微喷管内的流场及推力特性,研究分析了流量和气体入口温度对微喷管流场结构和喷管性能的影响。研究结果表明,随着流量的不断增加,气体稀薄效应相应减小,粘性力对喷管流动的影响降低,边界层逐渐变薄,马赫数不断增大,微喷管的推力大小近似与流量成线性变化,但流量变化对微喷管流场结构影响并不显著。当温度增大时,粘性损失对喷管影响较大,导致边界层变厚,影响了微喷管推进性能,流场马赫数和微喷管推力随温度的升高而下降,说明低温气体有利于提高微喷管的推进性能。     

发动机导叶和涡轮叶片性能衰退的数值研究

针对导致发动机典型部件性能衰退的多个主要因素——导流叶片调整偏差、叶片粗糙度增大、叶型改变和叶顶间隙增加,基于流场仿真技术,建立了风扇和涡轮的计算模型,完善性能衰退表征方法,分析了多种因素对其气流流场的影响以及主要性能参数的变化规律。结果表明:导流叶片角度调整偏差、叶片粗糙度增加、叶型改变等因素影响风扇和涡轮的工作性能,降低其性能参数。所得结果为深入研究制定相应部件性能衰退后的维护调整措施奠定基础。     

通用汽油机性能提升方法研究与应用

针对小排量通用汽油机加装触媒后发动机动力性下降较大问题,运用一维计算软件建立发动机的仿真模型,进行性能仿真分析,提出性能优化方案,并进行样机验证,最终使其加装触媒后性能超越未加触媒前的水平,实现了性能优化目标。经过试制及市场反馈,证明该性能优化方法正确高效。     

发动机环形冷却风扇结构与参数对气动性能影响的研究

基于试验测试与计算流体动力学(CFD)分析的方法,研究发动机环形冷却风扇的结构与参数对其气动性能的影响。首先对一款环形风扇和一款开口风扇进行了气动性能试验,对比分析了两者气动性能的差异。然后建立了与试验情况一致的环形风扇气动性能的计算模型,计算分析了试验的环形风扇的气动性能,并与试验结果进行了对比分析,对比结果验证了模型的正确性。使用建立的模型,分析了环形风扇的圆环结构及尺寸参数对其气动性能的变化规律的影响。分析结果表明:环形风扇的圆环采用圆角结构可提高风扇的静压效率;圆环的相对轴向尺寸参数对环形风扇的气动性能有较大的影响,每款环形风扇都有一个叶片开口率使风扇的静压效率达到最佳;而圆环的相对径向尺寸参数对环形风扇的静压效率影响较小。     

汽车水冷发动机冷却系统冷却性能影响因素的研究

利用试验的方法研究了风扇、护风圈、上回流板、下导风板、降噪板散热器、中冷器、冷凝器和空调对冷却系统冷却能力的影响,通过试验发现:冷凝器与空调的工作会降低发动机运行极限温度,包括在一定过压条件下冷却液沸腾所限制的环境温度(Air To Boil,ATB)和由于发动机机油达到临界温度而导致发动机性能下降的环境温度(Air Critical Oill,ACO)[1];增大风扇的直径、增加上防回流板和下导风板、采用带内置稳流片的中冷器,可以提高ATB和ACO的值。     

实度对导流罩式水轮机性能影响的数值研究

为了研究转子密实度对导流罩水轮机的影响,建立导流罩水轮机的三维数值模型,利用CFD方法考察多组不同实度叶片下的导流罩水轮机性能参数和流场流速及压力分布.结果显示,额定流速下叶片实度的改变对导流罩式水轮机的水动力性能产生显著影响,实度增加,最大功率系数下降,且导流罩对涵道内流体的增速作用减弱.     

叶轮叶片数与核主泵叶片反击系数的关系

为提高核主泵的水力性能,从结构方面考虑,利用数值模拟方法对核主泵进行了全流道三维模拟仿真,研究了叶轮叶片数为5~9的叶轮内部流动特性,探讨了叶轮叶片数与叶片反击系数之间的联系,并分析其与叶片泵性能之间的关联。结果表明,叶轮叶片数适当增加,对提高叶片反击系数和泵的整体性能是有利的,而叶轮叶片数过多或过少均将引起叶片反击系数的下降。在叶轮叶片数为7时,叶片反击系数和效率均达到了最高值,对叶片泵的优化设计具有一定的参考价值。     

排气系统对VVT发动机性能影响的研究

某款VVT汽油发动机开发过程中发现匹配新状态的排气系统后,发动机低速充气效率降低,性能不如匹配旧状态的排气系统的发动机。为了分析原因,使用一维仿真软件建立了该款发动机的详细模型,对比老状态和新状态的排气系统,并且设计试验方案进行验证排气系统对其性能的影响。计算结果表明:匹配老状态排气系统的发动机排气门处在气门重叠早期出现压力低谷,有利于增加充气效率。根据计算结果优化新状态排气系统并且测试发动机低速外特性,结果表明:匹配根据优化结果改造的排气系统,能够提升发动机低速扭矩。     

起动过程涡轮叶片瞬态温度场的准稳态处理研究

考虑燃气涡轮发动机起动过程涡轮叶片与高温燃气的对流换热及叶片内部的热传导,通过瞬态流热 耦合计算和准稳态处理两种方法对涡轮叶片换热特性进行了研究,分析了叶片热惯性带来的温度滞后效应, 探索了一种对发动机起动过程进行准稳态处理的数值模拟方法,实现了对涡轮叶片瞬态温度场的快速求解。采用商业化软件ANSYS CFX 2019 R2对涡轮叶片分别进行流热耦合和非定常数值计算,结合外换热程序 “NPUSTAN7Z”求解叶片型线上的换热系数,并对叶片表面网格节点按照“K-近邻算法”进行三维数据插值, 得到计算涡轮叶片非稳态导热的第三类边界条件。分析涡轮叶片的瞬态温度场,发现起动过程中金属叶片 的热惯性导致其温升慢于来流的温升,其内部存在一定的纵向温度梯度和横向温度梯度,中弦滞后 > 前缘滞 后 >尾缘滞后,叶片中下部温度滞后 > 叶片上部滞后。通过对比瞬态耦合计算与准稳态计算的结果,认为准 稳态的方法可以快速准确地求解发动机起动过程涡轮叶片的瞬态温度场。