非轴对称前涵道引射器性能的数值研究

以轴对称前涵道引射器为基础,提出了一种非轴对称前涵道引射器方案。为了比较非轴对称和轴对称前涵道引射器在热混合效率,引射系数和总压恢复方面的不同,采用数值模拟的方法对不同掺混角度和进出口压比的模型进行了计算,并得到引射器的性能参数变化规律。结果表明,在开口面积不变的情况下,增大气流的掺混角度会使前涵道引射器的热混合效率降低,总压恢复系数减小,引射系数也有较大的减小;在亚临界时,随着进出口压比的增大,引射器的热混合效率和总压恢复系数逐渐变大,引射系数则会减小,并且相同条件下,非轴对称前涵道引射器与轴对称前涵道引射器相比,热混合效率提高,总压恢复系数和引射系数分别会减小大约2%和20%。

变循环发动机前涵道引射器简化模型实验与仿真研究

以典型前涵道引射器基本构型与气动参数为基础,开展了前涵道引射器简化模型实验研究。通过实验与仿真相结合的方法,研究了变循环发动机在单、双涵道模式下前涵道引射器的气动性能以及不同核心机驱动风扇级(Core driven fan stage,CDFS)旁路出口角度对前涵道引射器气动性能的影响,得到了流量比、压比对前涵道引射器气动性能的影响规律。结果表明,在单涵道模式下,仿真得到的沿程截面的总压分布与实验结果非常吻合,CDFS旁路出口角度对前涵道引射器气动性能的影响可以忽略,而出口总压恢复系数随CDFS旁路喉道马赫数增大而降低。在双涵道模式下,SST k-ω模型能够较好地模拟气流的掺混过程,但在出口总压分布上,实验结果更加均匀;CDFS旁路出口角度对两股气流的掺混影响较小;压比一定时,出口总压恢复系数随出口背压的上升先增大后减小;压比为1.35时,流量比变化1.1,总压恢复系数的变化量约为2.6%,压比为1.19时,流量比变化1.2,总压恢复系数的变化量约为0.46%。

面积比对前可变面积涵道引射器性能影响的数值研究

为研究面积比对前可变面积涵道引射器性能及主、次流掺混机理的影响,采用三维数值模拟方法,对不同面积比下前可变面积涵道引射器的工作特性及主、次流掺混流场进行了分析。结果表明:随着面积比增加,主、次流掺混损失及摩擦损失逐渐增大,前可变面积涵道引射器总压恢复系数减小;当进口压比不变,面积比由0.40减小至0.20过程中,次流流量基本保持不变,达到扼流状态,且进口压比越大达到扼流状态时的面积比越大;不同进口压比下,面积比减小,沿顺气流方向各截面总压恢复系数减小且减小趋势逐渐平缓;在面积比减小过程中,主、次流掺混引起的流动不均匀区域减小,掺混层厚度逐渐变窄。

大涵道比风扇角区失速模化设计及非轴优化

为研究非轴对称端壁造型对大涵道比风扇角区失速流动的改善作用,对某风扇进行了平面叶栅模化设计及非轴对称端壁优化。采用数值模拟方法,以风扇根部叶型为基础进行模化设计;在此基础上,采用两种不同的控制点分布方法对平面叶栅进行非轴对称端壁优化改型。研究结果表明:模化后的平面叶栅角区失速流动及叶片加载特点与风扇原型基本一致;采用自由曲面及类两面角曲面两种非轴造型对平面叶栅角区进行优化,叶栅总压损失系数分别降低了4.57%和5.38%;将流场改善效果较好的类两面角曲面造型应用于风扇原型角区,结果表明该造型使得风扇效率提高了0.441%,角区失速现象也得到了有效的抑制。深入的流场分析表明,类两面角曲面的非轴对称端壁造型,沿流向能有效推迟压气机平面叶栅通道涡向吸力面的发展,沿径向通过使涡结构上移减弱在端壁附近吸力面附面层和通道涡的相互作用;与此同时,对大涵道比风扇原型的角区失速流动也能起到较好控制效果。

变循环发动机外涵道气流掺混特性建模研究

模式选择活门和前涵道引射器作为变循环发动机的关键几何部件,用于改善发动机在稳态以及模式切换过程的部件匹配性能,针对两者开度对外涵道气流掺混总压损失的影响开展研究。采用二维数值模拟方法,对内部压缩系统流场进行了仿真分析,得到了气流掺混的总压恢复系数在模式选择活门和前涵道引射器不同开度下的变化规律。以数值仿真结果作为建模研究的数据集,提出一种基于贝叶斯优化的混合核极限学习机算法,建立了总压恢复系数映射模型,采用留一交叉验证方法对模型进行了评估。结果表明,本文所提出的核极限学习机算法的均方根误差为0.0094,泛化效果相比多元线性回归模型提升约70.6%以上,所建拟合模型预测的相对误差最大不超过1.57%。

前可变面积涵道引射器特性的试验与数值模拟

为了研究主、次流的进口总压比及出口背压对前可变面积涵道引射器(FVABI)工作特性的影响与流动掺混机理,采用试验与三维数值模拟方法对不同进口总压比下引射器工作性能及掺混流场随背压变化规律进行了分析。结果表明:标准k-ε模型用于引射器掺混流场的模拟具有较好的准确性;进口总压比越大,引射器总压损失越大;进口总压比不变,随背压增加,引射器总压损失先减小后增加;进口总压比不变,引射器在背压变化过程中存在总压损失最小点;背压减小时,引射器存在临界工况点,且进口总压比越大达到临界工况点的背压越大,可变涵道比的范围变窄;主、次流掺混过程主要集中在沿气流方向上x/l=0.3~0.6位置之间,在黏性力作用下动量、质量充分交换,沿流向截面速度径向分布趋于均匀。