航空发动机燃滑油散热器热动力性能研究

论文摘要

现代航空发动机是一个复杂机械系统,包含了众多的相关子系统,其工作过程是复杂的热力过程。在广阔的飞行包线内,随着环境条件和工作状态的变化,它的气动热力过程将发生很大的变化。对这样一个复杂多变的过程,要保证其安全可靠的工作,同时达到预定的性能要求,各子系统必须紧密的协调配合,各尽其责。在众多的子系统中,滑油系统扮演着为发动机内部散热、润滑的角色,其基本功用是：当发动机工作时,连续不断的将足够数量的清洁滑油输送到发动机各传动部件的轴承和传动齿轮的啮合处进行润滑,以减少机件的磨损,并带走摩擦所产生的热量。燃滑油散热器的滑油的冷却部件,在滑油系统中用来调节滑油温度,冷却介质的燃油,他体积小、结构紧凑；此外,空气滑油散热器做为一种辅助部件,在发动机系统的也有广泛的应用。燃滑油散热器的热动力特性曲线在滑油系统设计以及滑油温度控制中是非常重要的工具。当给定燃滑油进口温度后,根据他可以确定燃油流量,作为燃油调节器的工作改变的条件。另外,根据飞行过程中发动机的热力学过程,设计的滑油散热器必须能够使滑油携带的热量迅速散失,散热器的设计依据就是他的热动力特性曲线。散热器的热动力曲线,通常是经过换热器试验测得的,试验的过程很繁复,成本也高,通常试验台的适用性也有限,并不能广泛满足各种型号散热器的性能测试,所以孕育而生了诸多计算方法。课题中选择了精度最高的计算方法,通过计算机编程实现了散热器特性计算的软件化,提高精度和效率；同时针对管壳式散热器,研究了数值模拟方法,并进行而相关的系统集成和软件二次开发,更加保证的特性计算的可靠性；对换热器试验提出了指导,并简化了试验过程极大的减低换热器试验的成本。通过对某型号燃滑油散热器进行分析计算,所得计算曲线与试验测得的特性曲线相差10%以内,达到了课题的精度要求,进一步证明了使用方法的正确。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景概述
• 1.1.1 燃滑油散热器特性曲线的作用
• 1.1.2 特性曲线的试验和解析
• 1.1.3 滑油散热器的数值模拟
• 1.2 问题的提出
• 1.3 课题的主要研究内容
• 第2章 管壳式换热器热力计算
• 2.1 引言
• 2.2 平均温差法
• 2.2.1 传热基本公式
• 2.2.2 总传热系数K的确定
• 2.3 NTU-ε方法
• 2.4 软件介绍
• 2.5 计算结果分析
• 2.5.1 换热器参数介绍
• 2.5.2 计算的结果
• 2.5.3 计算结论
• 第3章 数值模拟方法
• 3.1 数学模型的建立
• 3.1.1 流动和传热的控制方程
• 3.1.2 控制方程的通用形式
• 3.1.3 有关控制方程的几点说明
• 3.2 控制方程的数值求解
• 3.2.1 方程的离散
• 3.2.2 边界条件
• 3.2.3 网格和迎风格式
• 3.3 基于SINPLE算法的流场数值解法
• 3.3.1 流场求解中存在的问题
• 3.3.2 SINPLE算法的基本思想
• 3.3.3 速度修正方程
• 3.3.4 压力修正方程
• 3.3.5 SINPLE算法所使用的网格
• 第4章 湍流流动及其数值模拟方法
• 4.1 湍流现象
• 4.2 湍流模型
• 4.2.1 大涡模拟
• 4.2.2 Reynolds应力时均方程模拟
• 4.3 k-ε两方程模型
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 湍流粘性系数和湍流扩散系数
• 4.3.3 两方程模型
• 4.4 高Re数k-ε模型的边界条件
• 第5章 基于fluent的换热器数值模拟
• 5.1 fluent求解器概述
• 5.2 模型、边界条件及求解设置
• 5.2.1 几何模型以及网格划分
• 5.2.2 边界条件及求解设置
• 5.3 计算结果及后处理
• 5.4 基于vc软件集成
• 5.4.1 GAMBIT二次开发和Journal语言
• 5.4.2 FLUENT求解器封装
• 5.4.3 软件协作技术及系统的集成
• 第6章 计算方法评价
• 6.1 引言
• 6.2 试验设备
• 6.2.1 燃油系统
• 6.2.2 滑油系统
• 6.3 试验方法
• 6.3.1 流量标定
• 6.3.2 试验数据处理
• 6.4 试验数据
• 6.5 精度分析
• 6.5.1 流场的不均匀性影响
• 6.5.2 物性和设备精度
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论综述
• 7.2 问题与展望
• 参考文献
• 致谢