矩形喷管出口宽高比对流场与声场的影响

为探究矩形喷管出口宽高比对喷流流场和声场的影响规律,采用DES/FW–H混合算法对出口宽高比为3和1.5的矩形喷管超声速完全膨胀喷流开展研究,分析出口宽高比对喷流流动与噪声的影响。针对多个流场变量进行对比分析,以验证数值模拟方法的可行性,发现喷管出口宽高比不同,靠近出口内壁面上的压力变化也有所不同:喷管出口宽高比越大,压力变化越快。结合已有噪声实验数据和计算数据,验证了噪声模拟的准确性。对不同出口宽高比下剪切层厚度的变化进行了分析,研究了这种变化对喷流噪声的影响,发现随着宽高比增大,剪切层厚度增大,且剪切层快速扩张位置和高频噪声源位置向上游方向移动。对比了不同宽高比下出口唇线上特定频率噪声的相速度,研究发现:喷管宽高比不同,同样频率的近场噪声有着不同的相速度,这决定了近场噪声向下游传播的最大角度;相速度对应的马赫角越大,近场噪声向下游传播的最大角度越大;宽高比增大,长轴唇线上的相速度显著降低,近场噪声向下游的辐射角度减小。

出口宽高比对S弯喷管流固耦合特性影响

针对涡扇发动机用双S弯喷管,通过串行双向松耦合方法研究了不同出口宽高比对双S弯喷管流固耦合特性的影响。研究结果表明,S弯喷管的结构变形特征主要位于S弯第一弯下游通道及喷管等值段出口上壁面,且随着出口宽高比增加,喷管第一弯下游区域变形量逐渐增大,出口的变形量先增大后减小,S弯喷管上、下壁面的最大变形均出现在S弯第一弯下游区域。由于喷管出口壁面向外膨胀,出口宽高比在耦合作用下相比设计值减小。流固耦合作用对不同宽高比S弯喷管的流场特征与气动性能产生影响,在小宽高比时喷管结构变形后产生的流动分离对喷管下游流动产生较大影响,此时喷管沿轴向向上弯曲角度减小,推力矢量角减小;在大宽高比时喷管沿轴向向上弯曲角度随着出口宽高比增加逐渐增大,推力矢量角增大。当宽高比为2时总压恢复系数降低了0.56%,流量系数降低了2.67%,推力系数降低了0.72%;当宽高比为10时,此时总压恢复系数降低了0.36%,流量系数降低了4.34%,推力系数降低了1.37%。

出口宽高比及旋流角对双涵道S弯喷管温度分布的影响

采用数值方法研究了出口宽高比及旋流角对基于真实排气混合器构型的双涵道S弯喷管内/外流场温度分布的影响。结果显示:在圆转方弯曲构型的作用下,波瓣混合器及尾锥诱导产生的流向涡在第二弯通道及等直段内部卷吸着热流冲击S弯喷管壁面形成“热斑”。在完全遮挡高温部件准则的约束下,随着出口宽高比的增加,S弯喷管壁面的“热斑”温度先增大后减小,当出口宽高比为5时,壁面“热斑”温度最高,相比喷管基准模型增加1.3%。而出口宽高比的增加导致喷管出口下游尾焰的长度逐渐缩短。随着旋流角的增加,喷管下壁面的“热斑”温度先减小后增大,旋流角为10°时达到最小值,壁面温度峰值相比无旋流角工况降低15.9%。而旋流角增加导致喷管出口下游尾焰的宽度逐渐增大,长度逐渐缩短。