基于FLUENT的轴承腔封严引气流动特性仿真分析及结构优化

为降低轴承腔封严引气流阻,提升滑油系统封严可靠性,以航空发动机轴承腔封严引气结构为研究对象,针对发动机典型工况点,将引气管、轴心引气等三维模型导入CFD软件平台FLUENT划分网格,采用Realizable k-ε模型对流场进行三维数值模拟,流场分析结果与实际相吻合,能够准确地反映气体流动状态。通过对2种引气管结构与3种轴心引气结构流动特性进行对比分析,得到典型工况下封严引气结构的流阻及出口流速等性能参数,最终确定多种封严引气结构对流动特性的影响,从而对引气结构进行改进设计,优化了引气流动特性,为轴承腔封严引气结构设计提供了参考。

二次流对冷却低压涡轮流场影响的数值研究

采用数值方法研究了冷气和封严气对低压涡轮内部流场的影响。在设计膨胀比下详细对比分析了冷气和封严气的流量变化对涡轮表面静压、叶栅通道马赫数、叶栅损失及流场结构的影响;计算结果表明:冷气流量增加,低压涡轮膨胀比增加,低压涡轮导叶和动叶表面载荷增加;导叶叶栅通道主流马赫数减小而转子的主流马赫数变化较小;冷气流量变化对导叶40%叶高以下区域、转子径向40%叶高以下和80%~90%叶高区域的总压恢复系数和能量损失系数影响较大。轮毂和机匣封严气呈束状进入转子叶栅通道且腔内封严气流动受旋转轮盘抽吸效应影响较大。

轮毂缘板进口圆角对涡轮气动性能的影响

由于轮毂封严气将会对涡轮的流场结构和气动性能产生一定的影响,采用数值模拟研究了不同封严气流量条件下轮毂缘板进口圆角半径对涡轮气动性能和内部流动结构的影响。结果表明,圆角半径的改变导致封严腔内部的流动、封严气在涡轮通道中的传播轨迹以及涡轮通道涡的发展发生改变,进而使涡轮级的载荷系数、反力度和流量系数的分布发生变化,最终影响到涡轮的气动性能。对于本研究的算例,缘板进口圆角半径的变化对涡轮效率的影响幅度能达到0.3%,圆角半径的影响随封严气量的增大而增强。