带支板环形弯曲管道的流动特性及长度缩减研究

发布时间：2017-07-31 13:34

  本文关键词：带支板环形弯曲管道的流动特性及长度缩减研究

  更多相关文章： 环形弯曲管道 支板 旋涡 尾迹 长度缩减 壁面放气

【摘要】：带支板环形弯曲管道广泛地存在于各类吸气式推进系统中,准确掌握环形弯曲管道内的流动特性,并寻求有效的长度缩减方法,对吸气式推进技术的发展具有重要意义。采用实验与仿真相结合的研究方法,本文针对典型出口马赫数下的弯道内部基本流动特性以及出口马赫数的影响规律进行了细致研究,并采用经过实验验证的三维仿真方法,进一步对该管道的长度缩减方法进行了探索研究。研究结果表明,在典型出口马赫数状态下,气流在弯曲管道内部先减速后加速,并在“一弯”中心体侧和“二弯”外罩侧附近形成了局部高速低压区。支板对管道内部的流动结构影响显著,诱导了内外壁面附近的旋涡区和支板正后方的尾迹区。然而,内、外壁面附近旋涡的形成机理和发展特性完全不同:内壁面旋涡本质上为支板前缘诱导的马蹄涡,其往下游发展的过程中,空间位置较为稳定;外壁面旋涡最初形成于支板尾缘,而后在向下游运动的过程中,逐渐远离对称面向两侧扩张发展。在支板的尾迹区内,其总压分布沿径向呈现出明显的差异。此外,出口马赫数对管道内部流动特性的影响较为显著:随出口马赫数增大,“一弯”和“二弯”的逆压力梯度增大,即发生边界层分离的风险性增大;同时,诱导旋涡的强度也增强,旋涡区内的总压损失增大,使得出口截面的面积平均总压恢复系数相应减小。另外,针对环形弯曲管道长度缩减的研究还发现:外壁面边界层对管道长度的缩减更为敏感,易在流道“二弯”附近形成流动分离,导致出口截面基于面积平均的总压恢复系数降低,畸变指数DC60增大。为了达到缩短管道长度且不显著降低其气动性能的目的,本文分别尝试了几何构型调整、涡流发生器控制和壁面开缝放气的方法以抑制“二弯”附近的边界层分离。然而,仅壁面放气获得了预期效果,其能够以牺牲较低的放气量为代价而达到有效吸除分离区,改善流场品质的目的,并将管道的气动性能提升至缩短前的水平。
【关键词】：环形弯曲管道 支板 旋涡 尾迹 长度缩减 壁面放气
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V231
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 研究背景及意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-23
• 1.2.1 简单环形管道的研究15
• 1.2.2 简单弯曲管道的研究15-16
• 1.2.3 环形弯曲管道的研究16-23
• 1.2.3.1 轴对称超声速进气道的亚声速扩张段16
• 1.2.3.2 涡轴发动机整体式粒子分离器的主气流道段16-19
• 1.2.3.3 涡扇发动机高低压压气机的过渡流道段(Inter-Compressor Duct, ICD)19-21
• 1.2.3.4 涡扇发动机高低压涡轮的过渡流道段(Inter-turbine Duct, ITD)21-23
• 1.3 本文主要研究内容23-24
• 第二章 带支板环形弯曲管道实验方法介绍24-30
• 2.1 物理模型24-25
• 2.2 实验系统与测量方法25-29
• 2.2.1 实验系统整体介绍25-27
• 2.2.2 带支板环形弯曲管道实验件27-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 带支板环形弯曲管道仿真方法介绍30-36
• 3.1 流动控制方程组30-31
• 3.2 数值计算方法31-32
• 3.3 网格生成32-33
• 3.4 不同湍流模型对比33-34
• 3.5 网格敏感性分析34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第四章 环形弯曲管道内部流动特性研究36-54
• 4.1 典型出口马赫数下的流动特性36-42
• 4.2 二次流特性分析42-49
• 4.2.1 旋涡的形成机理和发展特性42-46
• 4.2.2 尾迹区及附近的总压分布特性46-49
• 4.3 出口马赫数的影响规律49-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第五章 带支板环形弯曲管道的长度缩减方法研究54-78
• 5.1 长度缩减后管道内部流动特性研究54-60
• 5.2 长度缩减后流动分离的抑制方法探索60-76
• 5.2.1 几何构型调整60-65
• 5.2.2 涡流发生器65-67
• 5.2.3 壁面放气67-76
• 5.2.3.1 典型放气参数下的流动特性67-70
• 5.2.3.2 放气缝设计参数的影响规律70-76
• 5.3 本章小结76-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 工作展望79-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文84-85
• 附录85-103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 王飞飞;吴虎;;带整流支板的涡轮过渡流道优化分析[J];计算机仿真;2014年02期

2 向宏辉;张良;陆庆飞;叶巍;赵桓;任飞;;进气条件对压气机中介机匣流场影响的试验研究[J];燃气涡轮试验与研究;2011年04期

3 唐洪飞;黄洪雁;韩万金;;大子午扩张涡轮过渡段的子午型线[J];推进技术;2009年04期

4 谢文忠;郭荣伟;;腹下无隔道大偏距S弯进气道流场特性[J];航空学报;2008年06期

5 张连河,范洁川;三元收缩段优化设计研究[J];空气动力学学报;2003年04期

6 安柏涛,韩万金,王松涛,王仲奇;大扩张角子午流道型线对损失的影响[J];推进技术;2001年03期

7 钱炜祺,符松;弯曲管道内湍流流动的数值模拟[J];推进技术;2001年02期

8 刘卫红;轴对称收缩段设计研究[J];空气动力学学报;1998年02期

9 王喜魁;风洞高次曲线收缩段壁型及其性能[J];空气动力学学报;1997年02期

，

本文编号：599426