SB101高空台排气扩压器特性计算的方法研究.pdfVIP

CSAA99一PE一028 SBl01高空台 排气扩压器特性计算的方法研究 燃气涡轮研究院 刘志友杜鹤龄徐通源 北京大学力学系 陈耀松 【摘 要】 本文提出了一种简单的计算扩压器特性的一元方法，该方法与用cFD分 析方法算得的扩压器特性结果基本一致，而计算工作量和计算资源需求又远较cFD分析方 法少，适宜于扩压器特性的工程计算。 关键词 高空台捧气扩压器c如分析 “堵塞一膨胀}匕扩压器效事 主要符号 b 常数 cp 定压比热容，J／(kg·K) I ，+1 k 流量公式中的系数(扣I暑-(_备’两) 1n 自然对教 n 次流(冷却空气)与主流(尾喷管燃气)的质量流量之比，也称引射系数 R 气体常数，J／(kg·K) q(^) 流量函数(一r丸，=九·￡r九J／￡r九。，，) T。 直段出口气流与主流的总温比 z(^)动量函数(z(^)=^+l／^) Y 绝热指数或多变指数 e 主流膨胀比 t(x)气动函数(￡r¨=fJ—r丫一D／n+D·rJ‘“‘7。劳) e 次流与主流的总温比 ^ 速度系数(气流速度与临界声速之比) o 扩压器效率(扩压器出口气流总压与尾喷管进口燃气总压之比)；主流在初始段 的总压恢复系数 ∞ 扩压器直段与尾喷管喉道的面积比 30 下 标 1 主流 2 次流 3 混合流 cr临界 s 初始段出口截面(扩压器“堵塞”时的次流临界截面) -“扩压器极限工作状态 引言 高空台是模拟发动机空中飞行工况——进捧气环境，并测定发动机性能的试车台．捧 气扩压器是发动机捧气环境模拟实簏的重要设备，它充分利用发动机捧气的冲量实现对高 空舱内次流的抽吸，并将发动机捧气的动能转换成压力能，这极大地减轻了抽气系统的负 荷和简化了插气系统结构，其特性研究和计算有十分重要的现实意义和应用前景． 扩压器特性的表示方法很多，sBl01高空台扩压器特性主要是指给定几何条件和引射 条件下扩压器的效率与主流(尾喷管燃气)膨胀比之间的关系．扩压器特性计算主要包括 两个方面的内容：一个是扩压器的“堵塞”膨胀比计算，另一个是扩压器效率的计算． 扩压器特性计算可用一元方法(半经验方法)和多维计算流体动力学(简称cFD)方 法．一元方法中得到广泛应用的有Fabri方法和范作民方法，二者计算的原理是一致的， 但对流动损失的考虑不尽相同。F8bfi方法不考虑流动通道壁的摩阻损失，认为主流与次 流在扩压器初始段内不发生掺混且均为等熵流动，等价于增加了次流与混合流的机槭能， 其计算的扩压罄。堵塞”膨胀比要比相应扩压器的实际。堵塞”膨胀比小，计算的扩压器 效率要比实际扩压器的效率高。范作民在计算扩压器特性时，考虑了主次流掺混损失的影 响，并将损失影响集中放在主流上加以考虑，只是在计算主流初始段总压损失时，是以扩 压嚣完全镇fjj为前提推导攒失系数计算公式帕，此时算得的损失要比扩压器实际工作(扩 压器工作在亚晒界状态)的损失大，其计算的扩压器。堵塞”膨胀比比实际扩压器的“堵 塞”膨胀比大．在扩压器的面积比不大时(一般为4左右)，二者计算的特性相差不大， 但随着面积比的增加，二者计算的扩压器特性差异显著增加(如在流量比为0．1、温度比 法算得的“堵塞”膨胀比为16．92船2、而用范作民方法算得的“堵塞。膨胀比为26．20180)。 这就给扩压嚣特性的有效预测和发动机试验前设备的合理准备带来了困难，为此在参考一 元方法计算扩压器特性文献的基础上，根据文献[7】中对扩压器特性的cFD分析结果，提 出一种简便的计算扩压器特性的一元方法．该方法是对Fabri方法和范作民方法的综合和 拓展，其计算工作量与之相当，而计算结果又更加切台实际。 本文一元方法的计算值与cFD分析的结果基本相同，能够满足高空模拟试车台扩压器 特性计算的需要，而计算工作量和计算资源需求又远较cFD分析计算少，甚至可以用人工 手算，很适宜于高空模拟试车台扩压器特性的工程预估。 1 CFD方法 由于cFD分析方法能够详细研究扩压器内部的流动细节，其计算结