超紧凑中介机匣可调放气活门特性研究

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中介机匣是民用航空发动机连接增压级和高压级的重要部件,有着径向落差大、流动条件恶劣的工作特点,其出口流场品质对高压压气机的气动稳定性有着显著影响。可调放气活门是中介机匣的重要组成部分,起着匹配高低压部件流量、防止喘振、避免核心机损伤等重要作用,但其作用原理和流动特性较为复杂,公开报道的文献较少。本文以某大涵道比涡扇发动机的超紧凑中介机匣为研究对象,利用数值方法研究了可调放气活门的放气特性和内涵出口流场分布特点,对活门结构和排气方式进行了对比分析,最后通过试验对上述部分研究内容进行了验证。首先,对计算网格和湍流模型等进行了详细研究,确定了适用于中介机匣放气流动模拟的网格方案,选定k-ε湍流模型。随后,改变活门开度和进口边界条件进行数值模拟,结果表明活门相对放气量不随进口边界条件变化,只与活门开度有关,同时外涵道的流量变数与进口工况呈近线性关系,以此提出了活门开度的初步设计思路。其次,确定可调放气活门关键几何参数,从中选择活门周向打开角度和所处轴向位置这两个重要参数进行研究。研究结果表明,在活门迎风面积相同时,周向打开角度越大活门相对放气量越大;相比于原型,轴向位置后移对于活门相对放气量的提升远大于改变周向打开角度,相对放气量普遍提升5%左右。最后,对不同排气结构进行数值模拟和试验验证,结果表明排气部分的改动对中介机匣内流场影响较小,其影响主要体现在活门相对放气量。在设计时,应尽量采用圆形排气结构。出现部件干涉时,应优先选择旋转排气部件。
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