内外涵波瓣宽度比对波瓣强迫混合排气系统性能影响.pdf

第10卷第34期2010年12月科学技术与工程 VoL10 No．34Dec．20lO Science and @2010SCi．Tech．Engng． 167l一1815f2010)34-8476·06TechnologyEngineering 内外涵波瓣宽度比对波瓣强迫 混合排气系统性能影响 赵建超谢翌刘友宏 (北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191) 摘要建立了不同内外涵波瓣宽度比的某涡扇发动机波瓣混合排气系统的几何模型和数值计算模型，并对其进行三维数 值模拟研究，得到了在波瓣强迫混合排气中不同内外涵波瓣宽度比对波瓣混合器流场、热混合效率、总压恢复系数和推力系 数的影响规律。结果表明：在混合器出口处，当内外涵波瓣宽度比在0．272至1．068范围内变化时，热混合效率随内外涵波瓣 宽度比的增加而增加，总压恢复系数随内外涵波瓣宽度比的增大而减少，推理系教随内外涵波瓣宽度比的增加而增加。 关键i司 波瓣混合器 排气系统 高宽比 热混合效率 总压恢复系数 中图法分类号V235．133； 文献标志码A 波瓣强迫混合器作为航空发动机混合排气系 混合器下游流场测量的基础上，利用本文计算方法 统中的一种重要混合装置，能使内、外涵气体在较 对其进行了CFD数值模拟，图1、图2分别给出了在 短混合距离内实现充分混合，使其具有高效的掺混 各个垂直于流动方向的截面上，波瓣混合器下游流 能力，在航空发动机尾焰红外辐射抑制排气降噪以 向涡及正交涡最大值的计算值与实验值的对比。 及增推方面具有广泛的应用[I,zJ。 通过与实验数据的对比，验证了本文算法的可行性 波瓣混合器性能主要由几何结构参数和主、次 和精确性。 流参数共同决定。目前国内外就波瓣混合器强化 混合的机理已经开展了许多的实验和数值模拟研 究¨呐J，但在发动机真实工况下，波瓣几何参数对混 合器本性能影响的研究，报道的不多。现利用Navi． er．Stokes方程组数值研究了某型波瓣强迫混合排气 系统在高速流动下，不同宽度计算模型的三维流 场，并结合热混合效率、总压恢复系数推力系数和 流量系数四个性能参数，定量研究了宽度对强迫混 合排气系统性能的影响规律。 1数值研究 1．1数值方法验证 图1实验数据与CFD模拟的流向涡最大值的对比 Hu、Nathan 在Huj J．Cooper等人‘71对某型波瓣 1．2计算模型 由于波瓣强迫混合排气系统具有周期性对称 2010年7月30日收到 第一作者简介：赵建超(1986一)，男，北京人，北京航空航天大学硕结构，所以计算时采用含一个完整波瓣的强迫混合 士研究生。研究方向：气动热力学。 排气系统区域作为计算区域，如图l所示，图中中心 万方数据 34期 赵建超，等：内外涵波瓣宽度比对波瓣强迫混合排气系统性能影响8477 对称轴为戈轴，Y轴为径向，z轴与x、Y垂直，定义波对称性，两波谷纵截面采用对称边界条件。波瓣、 瓣尾缘处戈=0。主、次流人口均为环形通道。在波 中心锥及内机匣壁面采用同壁边界条件。在计算 瓣入口处，机匣直径D，内涵外径为0．563D，外涵内 工况下，已知的入口参数如表1所示，表中P+、T+ 径为0．605D，中心锥直径为0．391D，强迫混合排气分别表示总压，总温。 系统出口直径为0．771D。该强迫混合排气系统出 口与入口的距离为1．267D。当波瓣数为16时，改 变内外涵波瓣宽度b，j与bm使内外涵波瓣的高宽 比b1／b1。分别为0．272、0．315、0．365、0．435、0．533、