航空发动机燃油管路热防护研究

摘要

当代燃气涡轮发动机中，燃油经常被用于冷却飞机其它子系统，其进入喷嘴前的温度已高达100～140℃，且随着航空发动机的不断发展，扩压器出口气流温度的不断提高，对管路中的煤油加热效应愈加突出，致使燃油在管路内产生结焦，危害发动机正常工作，因此，对发动机燃油管路开展系统的热防护研究意义重大。本文以航空发动机燃油管路热防护为背景，主要针对燃油管路简化模型就无热防护及管外裹缠隔热层和管外设置隔热屏的热防护手段开展数值模拟和实验研究，分析不同工况条件下燃油温升规律及其对热防护的影响，并对比各热防护手段特性，为发动机燃油管路热防护设计提供技术支持。
　　本文首先介绍了所采用的数值模拟研究方法，并在此基础上开展了无热防护时单油路管路及简化燃油管路的数值模拟计算，结果表明：管路内燃油温度随其驻留时间的增加而增加，如不采取有效的热防护措施，管路壁面温度将高于设计值，管路内部势必会不同程度的产生结焦现象。然后，针对管外裹缠隔热材料及管外设置隔热屏的热防护措施开展了数值模拟研究，分析了燃油流速v f及温度T f，热空气流速va及温度Ta，煤油管管径Df，隔热层厚度h等参数变化对燃油管内壁面最高温度Twi.max，煤油进出口温升?t，热流密度q及热流量Q等的影响规律。研究发现：煤油流速、煤油进口温度、热空气温度以及隔热层厚度对隔热效果影响较大，而管径及热空气流速影响相对较小。其中，煤油管内壁温度及煤油温升均随煤油流速的增大而减小，随热空气温度的增加而增加。在流速较低时，煤油进口温度的增加会使温升有所降低，而在高流速下这种效应不明显。相同隔热层厚度时，空气隔热屏的隔热效果优于裹缠隔热材料时的效果。最后，针对各热防护措施进行试验研究，获得试验条件下的燃油管路温升规律，分析不同热防护措施特性。试验研究发现：在所选工况条件下，计算结果与实验结果显示出了相同规律。隔热纤维材料隔热效果从优到劣依次为硅酸铝纤维布、高硅氧玻璃纤维布、玄武岩纤维布，实验工况下，三种隔热材料均使壁面温度低于设计值。对于隔热屏热防护措施，当空气层较薄时，其隔热效果劣于裹缠相同厚度纤维层，当空气隔热层厚度达到1.5mm后，隔热效果有较大提升并优于相同厚度的纤维隔热层。

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注释表

下标

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 无热防护时燃油管路数值模拟研究

2.1 数值模拟研究方法

2.2 单油路数值模拟研究

2.3 燃油管路数值模拟研究

2.4 本章小结

第三章 管外裹缠隔热材料数值模拟研究

3.1 隔热材料介绍

3.2 数值模拟条件

3.3 计算结果分析

3.4 本章小结

第四章 空气隔热屏数值模拟研究

4.1 数值模拟条件

4.2 计算结果分析

4.3 各热防护措施隔热效果对比

4.4 本章小结

第五章 燃油管路热防护实验方案

5.1 实验系统

5.2 数据采集及测量

5.3 实验工况

5.4 本章小结

第六章 实验结果与分析

6.1 相关参数定义

6.2 管外设置隔热屏实验结果与分析

6.3 三种隔热材料热防护特性实验结果与分析

6.4 裹缠隔热材料与设置隔热屏热防护特性对比分析

6.5 数值模拟结果与实验结果对比

6.4 实验误差分析

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文