其次,研制航空发动机难在,超过极限的参数要求最终都要落实到发展...
郑加伟+宣扬
【摘 要】空氣冷却系统贯穿于整个航空发动机，在热端部件的隔热与冷却、叶尖间隙控制、腔室封严、等方面起着极为重要的作用，直接决定着航空发动机能否安全可靠地工作。涡轮盘腔是空气系统的重要组件，对涡轮盘的冷却性能有显著的影响。本文应用Flowmaster对某型燃气轮机涡轮盘腔进行了仿真，对该涡轮盘腔设计进行分析。
【关键词】航空发动机；空气系统；仿真
【Abstract】Air system flows through the whole aero engine and plays a very important role in the cooling of the heated components， controlling of the blade tip clearance， sealing of the cavities and so on. The air system is directly related to the safety and efficiency of the engine. The turbine cavity is an important component of the air system. It have a great efficiency for the cooling of the tuibin.This paper simulates the turbine cavity of one aero engine， and give a analysis of the tubin design
【Key words】Aero-engine； Air system； Simulation
0 引言
发动机的二次空气系统主要用去冷却封严发动机部件[1]，其主要结构包括孔口、篦齿封严、以及特定的腔室结构等。本文的计算方法基于Miller[2]博士的理论，应用商业软件Flowmaster对瞬态条件下的发动机空气系统部件涡轮盘前腔进行了仿真计算。
1 计算模型
如图1所示，选取某型燃气轮机涡轮盘前腔建立计算模型，对盘腔的瞬态特性进行分析。在Flowmaster中搭建盘腔的"准二维"计算网络。
计算模型如图2（左）所示。流路系统中包含一个进口（涡轮盘前腔气流进口）和一个出口（涡轮前腔出口），流动方向为沿径向向外。将盘腔出口简化为阻力损失元件。出口间隙的系数由Flowmaster数据库以及经验公式提供。
以涡轮盘旋转轴为Y轴零坐标。为充分考虑盘腔几何外形对于气体流动的影响，将盘腔划分为8个小的腔室，每个腔室尽可能调整为矩形。盘腔内的节点及元件分布如2（右）所示。
计算过程中应用到的元件的尺寸参数及计算参数如下。
封严篦齿：直齿，流通面积0.0006m2，篦齿封严间隙0.6mm，封严齿距5mm，齿数7，封严齿宽0.5mm。
出口间隙：流通面积0.0001m2。
2 边界条件及发动机转速
发动机转速如图3所示，模拟发动机运行启动至运行稳定的过程。其中，0时刻为计算开始时间，并非发动机的实际启动时刻。进出口条件如图4所示。盘腔边界为绝热。
3 计算结果
计算的时间步长取为0.1s，计算总时间为120s。其他控制收敛的参数根据计算经验进行相应调整。
图5给出发动机稳定工作时（110s）盘腔内的总温分布。由图中数据可知，盘腔内节点的温度沿径向向外升高，并且越是靠近盘腔外侧，节点温度升高的越明显。引起温度升高的主要原因是右侧高速旋转的涡轮盘对气流的加速作用。
盘腔出口体积流量如图6所示，随发动机进口压力的提升，流经盘腔的空气流量逐渐增加。盘腔内其典型节点的总压分布如图7所示。从计算结果中可以看出，冷却气流流过篦齿封严，压力降低。节点11到节点7之间流动，压力降低，总温升高。由于右侧旋转盘对气流的加速作用，节点7到4之间，冷却气流的总温和总压同时升高。同时，由于盘腔的加速作用有限，各点的压力相差不是很大。
Flowmaster将盘腔简化为“准二维”模型，通过将盘腔离散为多个小的部件来完成盘腔的仿真计算。经由一维计算，可以求得盘腔内不同径向位置的压力、温度、涡流强度等数据。该方案能够较好将盘腔融入一维网络系统，并且能够考虑盘腔几何外形以及盘腔内离心效应的影响。相对于三维数值仿真，该方案极大的减少了计算量。对于搭建完整的空气系统仿真方案，具有一定的指导意义。
【参考文献】
[1]Cross H. Analysis of Flow in Networks of Conduits or Conductors[R].URBANA： University of Illinois Bulletin No.286，1936.
[2][46]D.S.MILLER.Internal flow systems-2nd ed.[M].Cranfield：BHR Group Limited，1996.
[责任编辑：朱丽娜]
