发动机吞水试验云雾特性数值模拟

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1、第４５卷第２期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．２２０１５年３月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｒ．２０１５发动机吞水试验云雾特性数值模拟１１２２白鹏博，邢玉明，吴峰，田小江（１．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京１００１９１；２．中国燃气涡轮研究院，四川江油６２１７０３）摘要：吞水试验是测试飞机在雨天飞行时发动机性能的基本手段。喷水系统是吞水试验中构造水滴及水雾状态的关键部件，在保证液态水含量的同时还要满足液滴粒径和液滴分布的要求。通过ＣＦＤ软件对喷雾系统进行数

2、值模拟，得到各种因素对喷雾粒径的影响。发动机慢车状态时，水滴呈聚合趋势；最大状态时，水滴呈破碎趋势。提出一种喷水环形式的喷水系统，并对采用喷水环结构形式的喷水系统进行建模和数值计算，探讨其对外流场以及粒径变化产生影响。关键词：高空台模拟；发动机吞水；喷雾系统；直射式喷嘴；二次雾化中图分类号：Ｖ２１１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１-６５４Ｘ（２０１５）０２-００５３-０４NumericalSimulationofCloudParametersforTestofEngineWaterIngestio

3、n１１２２ＢＡＩＰｅｎｇ-ｂｏ，ＸＩＮＧＹｕ-ｍｉｎｇ，ＷＵＦｅｎｇ，ＴＩＡＮＸｉａｏ-ｊｉａｎｇ（１．SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeihangUniversity，Beijing１００１９１，China；２．ChinaGasTurbineEstablishment，Jiangyou６２１７０３，China）Abstract：Ｔｈｅｔｅｓｔｏｆｅｎｇｉｎｅｗａｔｅｒｉｎｇｅｓｔｉｏｎｉｓｔｈｅｂａｓｉｃｍｅａｎｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｐｅｒｆｏｒ

4、ｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｅｎｇｉｎｅａｃｔ－ｉｎｇｉｎｒａｉｎｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｐｒｉｎｋｌｅｒｓｙｓｔｅｍｉｓｔｈｅｃｏｒｅｐａｒｔｔｏｆｏｒｍｗａｔｅｒｄｒｏｐｌｅｔｓａｎｄｔｈｅｌｉｑｕｉｄｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｄｒｏｐｌｅｔｓｓｉｚｅａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｉｎｆｌｕ－ｅｎｃｅｏｆｖａｒｉｏｕｓｆａｃｔｏｒｓｏｎｔｈｅｄｒｏｐｌｅｔｓｉｚｅｏｆｓｐｒａｙ，ＣＦＤｓｏｆｔｗａ

5、ｒｅｉｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｓｐｒａｙｓｙｓｔｅｍ．Ｗａ－ｔｅｒｄｒｏｐｌｅｔｓｓｉｚｅｇｅｔｓｌａｒｇｅｒｗｈｅｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｒｕｎｓｉｎｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｓｔａｔｅ，ｂｕｔｉｔｇｅｔｓｓｍａｌｌｅｒｗｈｅｎｉｔｃｏｍｅｓｔｏｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｔａｔｅ．Ａｔｌａｓｔ，ｏｎｅｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｄｅｓｉｇｎｏｆｓｐｒｉｎｋｌｅｒｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｇｅｏｍｅｔｒｉｃｓｈａｐｅｈａｓｂｅｅｎｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｄｕｒｉｎｇａｎａ

6、ｌｙｓｅｓｗｉｔｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ．Keywords：ａｌｔｉｔｕｄｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｆａｃｉｌｉｔｙ；ｅｎｇｉｎｅｗａｔｅｒｉｎｇｅｓｔｉｏｎ；ｓｐｒｉｎｋｌｅｒｓｙｓｔｅｍ；ｐｌａｉｎ-ｏｒｉｆｉｃｅａｔｏｍｉ－ｚｅｒ；ｓｅｃｏｎｄａｒｙａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ引言［５－７］及液态水含量分布均会造成很大的影响。本文采飞机在雨天飞行时，发动机吞入大气中的液态水用不同孔径的直射式喷嘴对发动机不同工作状态进行和以水汽形式存在大气中的水，会引起发动机机匣

7、局数值模拟计算，为进一步探讨发动机吞水过程中水滴部受冷收缩，引起机匣和叶片之间的间隙减小，产生摩雾化机理奠定基础。［１］擦损坏发动机。因此，在发动机投入使用之前，必须对其进行吞水性能测试试验。喷嘴可以在发动机吞水１数值研究方法试验研究中精确模拟真实大气雨水环境，其性能直接本文借助计算流体动力学软件Ｆｌｕｅｎｔ对发动机吞关系到试验效果。液滴平均体积直径（ＭＶＤ）可简单水试验流量管中的气液两相流进行计算，发动机吸入有效地表征无冻雨云层中各尺寸液滴的撞击、收集特气体被视为连续相，水滴被视为离散相。［２］

8、［３］性。且国军标ＧＪＢ２４１Ａ－２０１０规定了发动机吞１．１连续相控制方程水试验中有５０％液态水通过进气道１／３扇形面积进流体运动遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒定［４］入发动机进气道。发动机慢车状态和最大状态，进律。这三大定律的数学描述构成了流体力学的Ｎ-Ｓ气道中风速差别很大，对吞水试验过程中的水滴粒径方程组。流场控制方程包括连续方程、动量方程、能量收稿日期：２０１４－１２－３０修订日期：２０１５－０１－２２基金项目：航空科学基金项目资助（２０１２０２４００１）作者简介：白鹏博