基于涡轮故障数值仿真的机载制冷系统故障分析

摘要

在机载制冷系统中，涡轮故障多发，对其进行故障仿真分析可以有效、安全且经济地得到故障发生时的相关参数。本文给出了一种系统故障分析方法，选取涡轮进行故障建模与流场分析，然后将其故障状态的特性带入系统从而分析组件故障对系统的影响。 本文首先对机载制冷系统的涡轮进行了设计；然后，通过涡轮故障的相关调研，对所设计的涡轮进行故障建模以及CFD数值模拟，计算结果表明，所设计的故障涡轮与正常涡轮相比，在涡轮入口温度以及空气质量流量不变的情况下，故障涡轮的温降与制冷量降低，涡轮效率下降；通过数值模拟拟合故障涡轮的特征曲线，可以看出随着膨胀比增加，故障涡轮的折合流量先逐渐增大最后趋于稳定，这与正常涡轮的规律一致，在同一膨胀比下故障涡轮的折合流量高与正常涡轮；使用Matlab/Simulink对机载制冷系统进行搭建，调控系统通往座舱温度在合理范围内；将拟合出的故障涡轮特征曲线进行故障涡轮组件的建模，并将模型带入到制冷系统内代替正常涡轮进行工作仿真，仿真结果表明，涡轮的故障导致涡轮的制冷量降低，从而使系统的最大制冷量降低。

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