一種波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空發(fā)動機波瓣混合器，特別提供了一種波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混合器是把兩股壓力、溫度、速度不同的氣流加以混合的機械裝置，這種兩股氣流的混合是湍流射流之間的摻混。波瓣混合器在多種航空發(fā)動機上獲得應(yīng)用。例如，用于混合流渦扇發(fā)動機的加力燃燒室上；用于民航機或運輸機的混合噴管上和消音器上；還有用于武裝直升機、巡航導(dǎo)彈或其他相應(yīng)機種的紅外抑制器等排氣系統(tǒng)上；此外，在民用地面設(shè)備上也獲應(yīng)用。
[0003]目前的波瓣混合器設(shè)計流程是:首先根據(jù)內(nèi)外流參數(shù)以及波瓣混合器出口的軸向截面位置，通過靜壓平衡計算得到混合器出口截面的內(nèi)外涵面積，然后將此內(nèi)外涵面積帶入波瓣混合器造型程序中，分別拆分為內(nèi)涵環(huán)形、內(nèi)涵波瓣，外涵環(huán)形和外涵波瓣面積，然后輸出多組不同高度與寬度組合的波瓣造型參數(shù)，由設(shè)計者選用。
[0004]但是在拆分面積過程中，需要考慮波瓣混合器內(nèi)的氣流由于轉(zhuǎn)折造成的流量變化，即應(yīng)考慮波瓣混合器的流量系數(shù)。在文章《斯貝MK202加力燃燒室設(shè)計方法述評》中，明確提出漏斗混合器的流量系數(shù)是關(guān)于外內(nèi)涵壓比及射流角度的函數(shù)，同時基本流量系數(shù)僅為0.6?？梢娙绻粚旌掀髁髁肯禂?shù)進行研究，進而得出準確的波瓣混合器流量系數(shù)，分配出的混合器內(nèi)外涵面積將不夠準確，進而影響混合器出口截面的靜壓平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是，解決目前設(shè)計波瓣混合器過程中無法得到準確的流量系數(shù)而造成的混合器出口截面靜壓不平衡問題，特別提供一種波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法。
[0006]本發(fā)明提供了一種波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法，其特征在于:利用三維數(shù)值模擬技術(shù)計算波瓣混合器流量系數(shù)的方法，其具體流程為:
[0007]步驟一:根據(jù)設(shè)計程序得到的波瓣混合器內(nèi)傾角，外傾角，波瓣寬度，波瓣高度，幾何參數(shù)建立供計算流體動力學軟件調(diào)用的計算模型；
[0008]步驟二:利用計算流體動力學軟件調(diào)用該計算模型，選取適合的湍流流動模型并設(shè)置進口和出口邊界條件，開始迭代計算，滿足收斂條件后停止；
[0009]步驟三:根據(jù)計算流體動力學軟件計算結(jié)果讀取實際的內(nèi)涵波瓣和外涵波瓣出口流體流量數(shù)據(jù)，并與理論的內(nèi)涵波瓣和外涵波瓣流量進行計算，分別得到相應(yīng)的內(nèi)涵及外涵波瓣流量系數(shù)。
[0010]所述的所述的步驟一中計算模型應(yīng)包括波瓣混合器所處的工作環(huán)境，即對于混合流渦扇發(fā)動機的加力燃燒室，網(wǎng)格模型應(yīng)包括波瓣混合器1、外壁面2、內(nèi)錐體3、穩(wěn)定器4、加力筒體5，其它影響花瓣混合器內(nèi)氣流流動的主要因素也建立在模型內(nèi)。
[0011]所述的步驟一中計算模型是360°的周向完整的模型，或是包含一個完整波瓣的帶有周期性邊界條件的0-360°的扇形區(qū)域。
[0012]所述的步驟一中計算模型是經(jīng)過網(wǎng)格劃分并可以被計算流體動力學軟件，包括Fluent, CFX, Ansys 調(diào)用的 msh 文件。
[0013]所述的步驟一中數(shù)值計算模型的波瓣混合器出口截面與氣流軸線垂直，并分別定義內(nèi)涵波瓣區(qū)域Ail,內(nèi)涵環(huán)形區(qū)域Aic,外涵波瓣區(qū)域Aol及外涵環(huán)形區(qū)域Aoc。
[0014]所述的步驟二中瑞流流動模型包括k-epsilon, k-omega, Reynolds Stress。
[0015]所述的步驟二中進口邊界條件是速度進口、壓力進口或流量進口 ；出口邊界條件是壓力出口或自由出流。
[0016]所述的步驟三中各區(qū)域的理論流量占出口截面內(nèi)涵和外涵的流量比例與各區(qū)域的面積分別占出口截面內(nèi)涵和外涵的面積比例成正比。
[0017]所述的步驟三中規(guī)定內(nèi)涵環(huán)形和外涵環(huán)形區(qū)域的流量系數(shù)為1，分別對內(nèi)涵波瓣和外涵波瓣流量系數(shù)進行歸一化計算。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0019]本發(fā)明所述的波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法，模擬真實條件，可較高精度地計算波瓣混合器的流量系數(shù)，減少研制周期和試驗成本，能夠有效解決混合器出口截面靜壓不平衡問題。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明:
[0021]圖1為混合流渦扇發(fā)動機加力燃燒室平面圖；
[0022]圖2為計算模型側(cè)視圖；
[0023]圖3為波瓣混合器出口截面劃分示意圖；
[0024]圖4為計算方法流程意圖。
【具體實施方式】
[0025]實施例1
[0026]本實施例提供了一種波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法，其特征在于:利用三維數(shù)值模擬技術(shù)計算波瓣混合器流量系數(shù)的方法，其具體流程為:
[0027]步驟一:根據(jù)設(shè)計程序得到的波瓣混合器內(nèi)傾角，外傾角，波瓣寬度，波瓣高度，幾何參數(shù)建立供計算流體動力學軟件調(diào)用的計算模型；
[0028]步驟二:利用計算流體動力學軟件調(diào)用該計算模型，選取適合的湍流流動模型并設(shè)置進口和出口邊界條件，開始迭代計算，滿足收斂條件后停止；
[0029]步驟三:根據(jù)計算流體動力學軟件計算結(jié)果讀取實際的內(nèi)涵波瓣和外涵波瓣出口流體流量數(shù)據(jù)，并與理論的內(nèi)涵波瓣和外涵波瓣流量進行計算，分別得到相應(yīng)的內(nèi)涵及外涵波瓣流量系數(shù)。
[0030]所述的所述的步驟一中計算模型應(yīng)包括波瓣混合器所處的工作環(huán)境，即對于混合流渦扇發(fā)動機的加力燃燒室，網(wǎng)格模型應(yīng)包括波瓣混合器1、外壁面2、內(nèi)錐體3、穩(wěn)定器4、加力筒體5，其它影響花瓣混合器內(nèi)氣流流動的主要因素也建立在模型內(nèi)。
[0031]所述的步驟一中計算模型是360°的周向完整的模型，或是包含一個完整波瓣的帶有周期性邊界條件的0-360°的扇形區(qū)域。
[0032]所述的步驟一中計算模型是經(jīng)過網(wǎng)格劃分并可以被計算流體動力學軟件，包括Fluent, CFX, Ansys 調(diào)用的 msh 文件。
[0033]所述的步驟一中數(shù)值計算模型的波瓣混合器出口截面與氣流軸線垂直，并分別定義內(nèi)涵波瓣區(qū)域Ail,內(nèi)涵環(huán)形區(qū)域Aic,外涵波瓣區(qū)域Aol及外涵環(huán)形區(qū)域Aoc。
[0034]所述的步驟二中瑞流流動模型包括k-epsilon, k-omega, Reynolds Stress。
[0035]所述的步驟二中進口邊界條件是速度進口、壓力進口或流量進口 ；出口邊界條件是壓力出口或自由出流。
[0036]所述的步驟三中各區(qū)域的理論流量占出口截面內(nèi)涵和外涵的流量比例與各區(qū)域的面積分別占出口截面內(nèi)涵和外涵的面積比例成正比。
[0037]所述的步驟三中規(guī)定內(nèi)涵環(huán)形和外涵環(huán)形區(qū)域的流量系數(shù)為1，分別對內(nèi)涵波瓣和外涵波瓣流量系數(shù)進行歸一化計算。
【主權(quán)項】
1.一種波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法，其特征在于:利用三維數(shù)值模擬技術(shù)計算波瓣混合器流量系數(shù)的方法，其具體流程為: 步驟一:根據(jù)設(shè)計程序得到的波瓣混合器內(nèi)傾角，外傾角，波瓣寬度，波瓣高度，幾何參數(shù)建立供計算流體動力學軟件調(diào)用的計算模型； 步驟二:利用計算流體動力學軟件調(diào)用該計算模型，選取適合的湍流流動模型并設(shè)置進口和出口邊界條件，開始迭代計算，滿足收斂條件后停止； 步驟三:根據(jù)計算流體動力學軟件計算結(jié)果讀取實際的內(nèi)涵波瓣和外涵波瓣出口流體流量數(shù)據(jù)，并與理論的內(nèi)涵波瓣和外涵波瓣流量進行計算，分別得到相應(yīng)的內(nèi)涵及外涵波瓣流量系數(shù)。2.按照權(quán)利要求1所述的波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法，其特征在于:所述的所述的步驟一中計算模型應(yīng)包括波瓣混合器所處的工作環(huán)境，即對于混合流渦扇發(fā)動機的加力燃燒室，網(wǎng)格模型應(yīng)包括波瓣混合器(1)、外壁面(2)、內(nèi)錐體(3)、穩(wěn)定器(4)、加力筒體(5)，其它影響花瓣混合器內(nèi)氣流流動的主要因素也建立在模型內(nèi)。3.按照權(quán)利要求1所述的波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法，其特征在于:所述的步驟一中計算模型是360°的周向完整的模型，或是包含一個完整波瓣的帶有周期性邊界條件的0-360°的扇形區(qū)域。4.按照權(quán)利要求1所述的波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法，其特征在于:所述的步驟一中計算模型是經(jīng)過網(wǎng)格劃分并可以被計算流體動力學軟件，包括Fluent, CFX, Ansys調(diào)用的msh文件。5.按照權(quán)利要求1所述的波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法，其特征在于:所述的步驟一中數(shù)值計算模型的波瓣混合器出口截面與氣流軸線垂直，并分別定義內(nèi)涵波瓣區(qū)域Ail,內(nèi)涵環(huán)形區(qū)域Aic,外涵波瓣區(qū)域Aol及外涵環(huán)形區(qū)域Aoc。6.按照權(quán)利要求1所述的波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法，其特征在于:所述的步驟二中瑞流流動模型包括 k-epsilon, k-omega, Reynolds Stress。7.按照權(quán)利要求1所述的波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法，其特征在于:所述的步驟二中進口邊界條件是速度進口、壓力進口或流量進口 ；出口邊界條件是壓力出口或自由出流。8.按照權(quán)利要求1所述的波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法，其特征在于:所述的步驟三中各區(qū)域的理論流量占出口截面內(nèi)涵和外涵的流量比例與各區(qū)域的面積分別占出口截面內(nèi)涵和外涵的面積比例成正比。9.按照權(quán)利要求1所述的波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法，其特征在于:所述的步驟三中規(guī)定內(nèi)涵環(huán)形和外涵環(huán)形區(qū)域的流量系數(shù)為1，分別對內(nèi)涵波瓣和外涵波瓣流量系數(shù)進行歸一化計算。
【專利摘要】一種波瓣混合器流量系數(shù)的數(shù)值計算方法，利用三維數(shù)值模擬技術(shù)計算波瓣混合器流量系數(shù)的方法，其具體流程為：步驟一：根據(jù)設(shè)計程序得到的波瓣混合器內(nèi)傾角，外傾角，波瓣寬度，波瓣高度，幾何參數(shù)建立供計算流體動力學軟件調(diào)用的計算模型；步驟二：利用計算流體動力學軟件調(diào)用該計算模型，選取適合的湍流流動模型并設(shè)置進口和出口邊界條件，開始迭代計算；步驟三：根據(jù)計算流體動力學軟件計算結(jié)果讀取實際的內(nèi)涵波瓣和外涵波瓣出口流體流量數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)的內(nèi)涵及外涵波瓣流量系數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點：模擬真實條件，可較高精度地計算波瓣混合器的流量系數(shù)，減少研制周期和試驗成本，能夠有效解決混合器出口截面靜壓不平衡問題。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105373637
【申請?zhí)枴緾N201410424282
【發(fā)明人】孫雨超, 張孝春, 李娜, 單學慶, 李江寧, 劉濤
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司沈陽發(fā)動機設(shè)計研究所
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2014年8月26日