進(jìn)氣道影響下發(fā)動機(jī)進(jìn)口段三維積冰的數(shù)值模擬研究.pdf

1、飛機(jī)飛行于含有過冷水滴的大氣或者穿過云層時，過冷水滴會直接撞擊機(jī)翼和駕駛艙的擋風(fēng)玻璃之上或者流經(jīng)進(jìn)氣道后再撞擊到航空發(fā)動機(jī)整流帽罩和支板表面。撞擊后破碎的過冷水滴將在上述的迎風(fēng)表面產(chǎn)生結(jié)冰，結(jié)冰的發(fā)生對于航空發(fā)動機(jī)而言將導(dǎo)致其氣流流通面積的降低、推力的下降、由于轉(zhuǎn)子結(jié)冰所帶來的振動與噪聲的產(chǎn)生、脫落的冰塊被吸入發(fā)動機(jī)后還會損傷壓氣機(jī)的葉片并導(dǎo)致整個發(fā)動機(jī)的損壞。目前國內(nèi)外對于三維積冰的數(shù)值模擬大都采用機(jī)翼或者單獨的整流帽罩作為幾何模型，

2、將均勻的大氣來流最為兩相流場計算的邊界條件。這樣的處理由于并未考慮航空發(fā)動機(jī)前端的進(jìn)氣道對結(jié)冰參數(shù)的影響，將會給發(fā)動機(jī)進(jìn)口部件的積冰計算帶來較大的誤差。本文將以一種蛇形進(jìn)氣道和典型渦扇發(fā)動機(jī)進(jìn)口段作為物理模型來研究進(jìn)氣道影響下航空發(fā)動機(jī)進(jìn)口部件的積冰特性，同時開發(fā)冰生長時的網(wǎng)格自動更新方法。
　　首先，本文采用歐拉-歐拉法對亞聲速蛇形進(jìn)氣道進(jìn)行了空氣-過冷水滴兩相流場的計算，分析了來流馬赫數(shù)0.3時結(jié)冰參數(shù)在進(jìn)氣道中的沿程變化規(guī)律

3、，獲得進(jìn)氣道出口的流場分布特征。計算結(jié)果表明空氣和過冷水滴流經(jīng)蛇形進(jìn)氣道后由于通道二次流的原因會在其出口的特定位置形成液態(tài)水含量較低的局部區(qū)域，同時該區(qū)域的水滴速度也低于周圍其它位置處的數(shù)值。
　　其次，本文對Fluent的動網(wǎng)格功能進(jìn)行二次開發(fā)以實現(xiàn)積冰數(shù)值模擬過程中由于冰層增長所需的網(wǎng)格的自動更新。以典型的渦噴發(fā)動機(jī)進(jìn)口段支板表面積冰為算例進(jìn)行網(wǎng)格的移動方法的測試，測試結(jié)果證明該方法在滿足壁面第一層網(wǎng)格一定垂直度的前提下能有效

4、且快速地實現(xiàn)網(wǎng)格的自動更新。
　　最后，本文提取進(jìn)氣道出口的流場數(shù)據(jù)作為一種仿CFM56-C型大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)進(jìn)口的邊界條件并使用歐拉-歐拉法對其進(jìn)口段進(jìn)行空氣-過冷水滴亮相流場的數(shù)值計算。之后基于流場的計算結(jié)果采用冰的生長和水膜流動耦合求解的三維積冰數(shù)值模擬方法對該發(fā)動機(jī)進(jìn)口段的支板和整流帽罩進(jìn)行積冰計算，獲得迎風(fēng)表面的水滴撞擊特性、不同時刻的冰形或者結(jié)冰的分布情況。計算結(jié)果表明：同一時刻與進(jìn)氣道對稱面垂直的支板表面積冰量最大