发动机干冰清洗数值仿真及实验验证

来源 :中国民用航空飞行学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:isongnosi
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航空发动机在工作过程中,大量空气中的烟尘、盐分等颗粒物会被吸入涵道内,这些颗粒物会积累在压气机的叶片表面及筒壁区域,会增加气流场壁面层厚度与粗糙度,导致气流流动损失变大、气流分离等,严重时会发生超温、喘振故障,影响飞行安全。现有航空发动机清洗技术采用在翼水洗,过程复杂而且存在有残留物,清洗剂还会对环境造成污染。本文探索了采用干冰颗粒清洗技术对发动机压气机叶片进行清洗。通过仿真模拟和自行搭建的发动机压气机干冰清洗试验平台,进行压气机叶片的干冰清洗研究,主要工作及结果:(1)基于干冰清洗机理和发动机积垢附着机理,分析干冰清洗发动机压气机积垢机理。干冰清洗机理主要是干冰撞击、高速气流吹除、液态二氧化碳对有机物的溶解及热冲击,破除了积垢分子间氢键力和范德华力,以及叶片表面不平整产生的机械互锁和铆合作用。(2)基于流体力学理论,采用FLUENT软件数值模拟,研究喷管喷射流场和干冰粒子运动轨迹。获得在不同喷射压力下,干冰颗粒的速度情况及运动轨迹,发现:当进口总压为105000pa时,干冰颗粒运动情况更接近真实的冷转压气机内部情况;当干冰颗粒在距离喷管出口0.45m范围内时较为发散,为后续干冰清洗试验选择合理的去污参数提供了参考。(3)设计并搭建了由稳定供压系统、干冰清洗机、干冰送料装置以及发动机压气机组成的发动机压气机干冰清洗试验平台,进行干冰清洗测试,系统研究干冰质量流量、喷射角度、压气机转速对压气机叶片清洗效果的影响规律;设计进行正交试验,确定最佳工艺参数组合。对叶片表面、涂层试块进行损伤试验,结果表明干冰颗粒清洗不会损伤压气机叶片金属表面、不会影响叶片涂层的结合强度。(4)基于流体动力学模型和FLUENT分析软件,对干冰颗粒清洗在压气机内部的运动情况进行研究。结果表明,压气机冷转转速越大,干冰清洗效果越好;干冰颗粒清洗压气机叶片区域主要是压气机叶片叶背和叶盆的前缘部分,仿真结果和清洗试验结果情况基本吻合。
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