航空发动机轴承腔内油气两相流动特性的研究

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:morpheus
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航空发动机作为飞机的动力装置,在其高速旋转的工作阶段,轴承腔扮演着重要角色。对轴承腔内部油气两相的流动及传热特性的深入研究,有助于提高航空发动机的工作性能和运行稳定。本文以某型航空发动机轴承腔的简化模型为研究对象,选用4109型航空润滑油,以其理化性质作为参考,采用VOF多相流模型、RNG k-?湍流模型、滑移网格技术对轴承腔内两相流动及传热特性进行数值模拟。利用VOF多相流模型捕捉油气两相分界面,分析转子转速和供油量对轴承腔内空气速度、润滑油分布的影响;同时对轴承腔内部传热进行了数值分析,考察转速和供油量对腔内温度场的影响。针对以上工作内容,本文得到的主要结论如下:(1)受润滑油分布及气相运动的影响,轴承腔内温度场在周向上呈现出上半部分温度高于下部分温度;轴向上表现为润滑油入口侧附近温度低于空气入口侧温度。(2)润滑油吸热升温幅度与润滑油和外壁面的接触面积呈现正比例关系。对于如何提高流固换热能力而言,提高润滑油与外壁面接触面积是一个有效途径。(3)润滑油在周向上的分布特点是:转速提高,堆积位置会更加偏上,增加了滞留时间,强化了流固间的换热。随着供油量提高,轴承腔内润滑油体积增加,因此润滑油更易发生堆积聚集,润滑油堆积聚集位置更靠近回油口位置,并减少在轴承腔内的滞留时间,使得单位体积润滑油吸热量较小。(4)随着轴承转速的提高,润滑油离开轴承腔时温度上升幅度随之变大,单位质量的润滑油带走的热量更多。通过对数据的分析,拟合出努赛尔数(Nu)与轴承转子雷诺数(Re U)的关系式:Nu~Re U0.391。供油量变化对于壁面传热系数影响较小。分析得到较高的供油量更适合应用在高转速或较高进气量的工况。通过轴承腔内流场及传热特性的数值仿真分析,为了解轴承腔内油气运动特征及结构优化提供一定的参考依据。
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