一種波瓣混合器流量系數的數值計算方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及航空發動機波瓣混合器，特別提供了一種波瓣混合器流量系數的數值計算方法。
【背景技術】
[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動機上獲得應用。例如，用于混合流渦扇發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、巡航導彈或其他相應機種的紅外抑制器等排氣系統上；此外，在民用地面設備上也獲應用。
[0003]目前的波瓣混合器設計流程是:首先根據內外流參數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外涵面積，然后將此內外涵面積帶入波瓣混合器造型程序中，分別拆分為內涵環形、內涵波瓣，外涵環形和外涵波瓣面積，然后輸出多組不同高度與寬度組合的波瓣造型參數，由設計者選用。
[0004]但是在拆分面積過程中，需要考慮波瓣混合器內的氣流由于轉折造成的流量變化，即應考慮波瓣混合器的流量系數。在文章《斯貝MK202加力燃燒室設計方法述評》中，明確提出漏斗混合器的流量系數是關于外內涵壓比及射流角度的函數，同時基本流量系數僅為0.6。可見如果不對混合器流量系數進行研究，進而得出準確的波瓣混合器流量系數，分配出的混合器內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。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是，解決目前設計波瓣混合器過程中無法得到準確的流量系數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的數值計算方法。
[0006]本發明提供了一種波瓣混合器流量系數的數值計算方法，其特征在于:利用三維數值模擬技術計算波瓣混合器流量系數的方法，其具體流程為:
[0007]步驟一:根據設計程序得到的波瓣混合器內傾角，外傾角，波瓣寬度，波瓣高度，幾何參數建立供計算流體動力學軟件調用的計算模型；
[0008]步驟二:利用計算流體動力學軟件調用該計算模型，選取適合的湍流流動模型并設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:根據計算流體動力學軟件計算結果讀取實際的內涵波瓣和外涵波瓣出口流體流量數據，并與理論的內涵波瓣和外涵波瓣流量進行計算，分別得到相應的內涵及外涵波瓣流量系數。
[0010]所述的所述的步驟一中計算模型應包括波瓣混合器所處的工作環境，即對于混合流渦扇發動機的加力燃燒室，網格模型應包括波瓣混合器1、外壁面2、內錐體3、穩定器4、加力筒體5，其它影響花瓣混合器內氣流流動的主要因素也建立在模型內。
[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°的扇形區域。
[0012]所述的步驟一中計算模型是經過網格劃分并可以被計算流體動力學軟件，包括Fluent, CFX, Ansys 調用的 msh 文件。
[0013]所述的步驟一中數值計算模型的波瓣混合器出口截面與氣流軸線垂直，并分別定義內涵波瓣區域Ail,內涵環形區域Aic,外涵波瓣區域Aol及外涵環形區域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域的理論流量占出口截面內涵和外涵的流量比例與各區域的面積分別占出口截面內涵和外涵的面積比例成正比。
[0017]所述的步驟三中規定內涵環形和外涵環形區域的流量系數為1，分別對內涵波瓣和外涵波瓣流量系數進行歸一化計算。
[0018]本發明的優點:
[0019]本發明所述的波瓣混合器流量系數的數值計算方法，模擬真實條件，可較高精度地計算波瓣混合器的流量系數，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]下面結合附圖及實施方式對本發明作進一步詳細的說明:
[0021]圖1為混合流渦扇發動機加力燃燒室平面圖；
[0022]圖2為計算模型側視圖；
[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的數值計算方法，其特征在于:利用三維數值模擬技術計算波瓣混合器流量系數的方法，其具體流程為:
[0027]步驟一:根據設計程序得到的波瓣混合器內傾角，外傾角，波瓣寬度，波瓣高度，幾何參數建立供計算流體動力學軟件調用的計算模型；
[0028]步驟二:利用計算流體動力學軟件調用該計算模型，選取適合的湍流流動模型并設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:根據計算流體動力學軟件計算結果讀取實際的內涵波瓣和外涵波瓣出口流體流量數據，并與理論的內涵波瓣和外涵波瓣流量進行計算，分別得到相應的內涵及外涵波瓣流量系數。
[0030]所述的所述的步驟一中計算模型應包括波瓣混合器所處的工作環境，即對于混合流渦扇發動機的加力燃燒室，網格模型應包括波瓣混合器1、外壁面2、內錐體3、穩定器4、加力筒體5，其它影響花瓣混合器內氣流流動的主要因素也建立在模型內。
[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°的扇形區域。
[0032]所述的步驟一中計算模型是經過網格劃分并可以被計算流體動力學軟件，包括Fluent, CFX, Ansys 調用的 msh 文件。
[0033]所述的步驟一中數值計算模型的波瓣混合器出口截面與氣流軸線垂直，并分別定義內涵波瓣區域Ail,內涵環形區域Aic,外涵波瓣區域Aol及外涵環形區域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域的理論流量占出口截面內涵和外涵的流量比例與各區域的面積分別占出口截面內涵和外涵的面積比例成正比。
[0037]所述的步驟三中規定內涵環形和外涵環形區域的流量系數為1，分別對內涵波瓣和外涵波瓣流量系數進行歸一化計算。
【主權項】
1.一種波瓣混合器流量系數的數值計算方法，其特征在于:利用三維數值模擬技術計算波瓣混合器流量系數的方法，其具體流程為: 步驟一:根據設計程序得到的波瓣混合器內傾角，外傾角，波瓣寬度，波瓣高度，幾何參數建立供計算流體動力學軟件調用的計算模型； 步驟二:利用計算流體動力學軟件調用該計算模型，選取適合的湍流流動模型并設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:根據計算流體動力學軟件計算結果讀取實際的內涵波瓣和外涵波瓣出口流體流量數據，并與理論的內涵波瓣和外涵波瓣流量進行計算，分別得到相應的內涵及外涵波瓣流量系數。2.按照權利要求1所述的波瓣混合器流量系數的數值計算方法，其特征在于:所述的所述的步驟一中計算模型應包括波瓣混合器所處的工作環境，即對于混合流渦扇發動機的加力燃燒室，網格模型應包括波瓣混合器(1)、外壁面(2)、內錐體(3)、穩定器(4)、加力筒體(5)，其它影響花瓣混合器內氣流流動的主要因素也建立在模型內。3.按照權利要求1所述的波瓣混合器流量系數的數值計算方法，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°的扇形區域。4.按照權利要求1所述的波瓣混合器流量系數的數值計算方法，其特征在于:所述的步驟一中計算模型是經過網格劃分并可以被計算流體動力學軟件，包括Fluent, CFX, Ansys調用的msh文件。5.按照權利要求1所述的波瓣混合器流量系數的數值計算方法，其特征在于:所述的步驟一中數值計算模型的波瓣混合器出口截面與氣流軸線垂直，并分別定義內涵波瓣區域Ail,內涵環形區域Aic,外涵波瓣區域Aol及外涵環形區域Aoc。6.按照權利要求1所述的波瓣混合器流量系數的數值計算方法，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.按照權利要求1所述的波瓣混合器流量系數的數值計算方法，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.按照權利要求1所述的波瓣混合器流量系數的數值計算方法，其特征在于:所述的步驟三中各區域的理論流量占出口截面內涵和外涵的流量比例與各區域的面積分別占出口截面內涵和外涵的面積比例成正比。9.按照權利要求1所述的波瓣混合器流量系數的數值計算方法，其特征在于:所述的步驟三中規定內涵環形和外涵環形區域的流量系數為1，分別對內涵波瓣和外涵波瓣流量系數進行歸一化計算。
【專利摘要】一種波瓣混合器流量系數的數值計算方法，利用三維數值模擬技術計算波瓣混合器流量系數的方法，其具體流程為：步驟一：根據設計程序得到的波瓣混合器內傾角，外傾角，波瓣寬度，波瓣高度，幾何參數建立供計算流體動力學軟件調用的計算模型；步驟二：利用計算流體動力學軟件調用該計算模型，選取適合的湍流流動模型并設置進口和出口邊界條件，開始迭代計算；步驟三：根據計算流體動力學軟件計算結果讀取實際的內涵波瓣和外涵波瓣出口流體流量數據，得到相應的內涵及外涵波瓣流量系數。本發明的優點：模擬真實條件，可較高精度地計算波瓣混合器的流量系數，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
【申請號】CN201410424282
【發明人】孫雨超, 張孝春, 李娜, 單學慶, 李江寧, 劉濤
【申請人】中國航空工業集團公司沈陽發動機設計研究所
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2014年8月26日