发动机进气道前缘防冰腔性能研究

论文摘要

结冰对发动机的机动性、飞行的安全性形成着极大的隐患,防冰系统是必要的防护装置。从工程实际出发,本文基于某型发动机进气道唇口表面防冰热载荷分布的特点,提出了一种新型的热气防冰结构。对前端热载荷密度需求最大的驻点区域,采用冲击射流,进气道内侧采用变截面通道的双蒙皮波纹板;采用试验结合数值模拟进行了研究。研究内容包括:1.以发动机进气道唇口截面型线为原型,设计并搭建防冰试验件实验台;2.探究了不同结构参数、流动参数下,防冰件传热特性变化规律,整理出了齐边形圆孔喷口流量系数分布规律;3.分析各类湍流模型的适用条件,选取合适的模型通过数值模拟验证试验结果,吻合较好,同时直观清晰地揭示了流场及温度分布特性;4.针对冲击射流及矩形通道流动传热特性,对各自的多种结构参数对流动传热特性的影响进行了探讨,并在前文设计的基础上,优化了进气道唇口防冰腔。研究结果表明:冲击射流的局部强化传热特征明显,并存在一个最佳传热效果的冲击高度比(Zn:3～5);截面特性及肋化形式是波纹板通道的主要强化传热方向;外壁面弧度对整体传热效果影响较小,可以平板流动替代分析;热连接现象对传热系数影响较小,但对外壁温度分布影响较大;渐缩喷嘴是影响流量分布的主要因素;跨音速射流时,上下游射流口流量基本呈均匀分布。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表清单
• 符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 防/除冰系统热平衡
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 防冰腔传热特性的试验研究
• 2.1 试验物理模型
• 2.1.1 射流流动
• 2.1.2 波纹板通道（矩形通道）
• 2.2 试验装置与试验方法
• 2.2.1 供气系统
• 2.2.2 加热系统
• 2.2.3 测量系统
• 2.2.4 仪器、设备精度
• 2.2.5 防冰试验件
• 2.3 数据处理
• 2.4 结果分析
• 2.4.1 流量分配
• 2.4.2 流量系数
• 2.4.3 壁面温度分布
• 2.4.4 传热系数及Nu 数
• 2.4.5 结论
• 2.5 试验误差分析
• 第三章 湍流模型及数值模拟
• 3.1 湍流及其数学描述
• 3.1.1 湍流流动的特征
• 3.1.2 湍流的基本方程
• 3.1.3 数值模拟方法简介
• 3.2 CFD 应用
• 3.3 不同模型模拟射流对比
• 3.4 本文模型选取及设定
• 3.4.1 网格划分
• 3.4.2 边界设定
• 3.4.3 计算湍流模型
• 3.5 数值模拟结果
• 3.5.1 流量
• 3.5.2 流场
• 3.5.3 温度场
• 3.5.4 传热系数
• 第四章 影响传热的结构因素分析
• 4.1 冲击射流流动传热特性的影响因素分析
• 4.1.1 冲击高度与孔径比
• 4.1.2 渐缩喷口的影响（进口面积相同）
• 4.1.3 缩放喷嘴（喉部面积相同）
• 4.2 波纹板通道（矩形通道）传热特性的影响因素分析
• 4.2.1 宽度b、间距c 的影响
• 4.2.2 蒙皮厚度的影响
• 4.2.3 壁面曲率的影响
• 4.2.4 横、变截面的影响
• 4.2.5 热流的影响
• 4.3 肋化
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间发表的论文
• 附录