旋转条件下小孔流量系数试验研究与数值分析

摘要

孔结构作为航空发动机空气系统中重要的节流元件，对空气系统的流量控制十分重要，因此被广泛应用于涡轮盘、鼓筒、轴等旋转结构上。本文以航空发动机空气系统为研究对象，采用试验和数值分析的方法研究了孔长径比、倾角和倒角等几何参数以及压比等流动参数对旋转小孔流量系数的影响规律，以期为空气系统孔结构的设计提供技术支撑。
　　首先，设计了旋转小孔流量系数试验装置。针对以往旋转小孔流量系数试验研究中泄漏量未测量的问题，改进了试验装置中篦齿封严件和旋转部件结构，保证试验过程中的篦齿封严间隙不变，即相同工况下的篦齿封严泄漏空气量的不变；建立了旋转小孔流量系数测量方法，通过保持篦齿封严间隙不变，准确测量篦齿泄漏量，从而提高了旋转小孔流量系数的测量误差。
　　在建立的旋转小孔试验装置上研究了不同几何参数(孔长径比、倾角、倒角等)和流动参数(压比)对旋转小孔流量系数的影响，并辅以数值模拟的方法揭示了上述影响机制。在本文研究参数范围内，得到如下重要结论：相同旋转数下，压比对小孔流量系数几乎没有影响；对于轴向小孔，流量系数随着长径比的增大而增加，并随着长径比的增大小孔流量系数的增幅减小，当小孔长径比增大到一定程度之后，小孔流量系数基本保持不变，且流量系数不变时所对应的长径比随着旋转数的增加而增加，对于径向小孔，同一旋转数下，当长径比l/d≤0.85时，长径比对小孔流量系数基本没有影响，当长径比l/d>0.85时，小孔流量系数随着长径比的增加而略微增加；轴向小孔流量系数随着孔倾角的增加而降低，且旋转数越大，流量系数的降幅越小，对于径向小孔，不同倾角的小孔流量系数均在入射角i=0°左右取得最大值，且随着入射角i的增加或减小，小孔流量系数均随之降低，入射角i>0°时，在同一入射角下，倾角越大所对应的流量系数越大，入射角i<0°时，在同一入射角下，倾角越大所对应的流量系数越小；相比于无倒角小孔，进口倒角使得小孔流量系数有明显的提升，随着倒角c/d的增加，小孔流量系数逐渐增加，增加幅度降低。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 旋转小孔物理模型

2.1物理模型

2.2 数值计算方法

2.3网格划分

2.4 数值计算与试验数据对比

2.5 本章小结

第三章 旋转小孔流量系数试验系统

3.1 试验装置

3.2 参数定义

3.3 试验方法

3.4 误差分析

3.5 本章小结

第四章 旋转条件下轴向小孔流量系数研究

4.1 轴向小孔试验工况

4.2 试验结果与分析

4.3 本章小结

第五章 旋转条件下径向小孔流量系数研究

5.1 径向小孔试验工况

5.2 试验结果与分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 下一步工作展望

参考文献

致谢

在校期间发表的论文