氣流通道中沙粒運動軌跡的數(shù)值模擬研究.pdf

1、飛機(jī)在機(jī)場起飛、著落時，進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣含有的塵土、沙石、雜草和冰雪等異物顆粒，而這些異物顆粒進(jìn)入發(fā)動機(jī)時，將有可能造成發(fā)動機(jī)故障，直接影響發(fā)動機(jī)的可靠性和使用壽命，并間接影響飛機(jī)的綜合作戰(zhàn)能力和飛行安全。尤其是在野外機(jī)場起飛著落時，大型運輸機(jī)和直升機(jī)吸入這些雜質(zhì)顆粒的可能性將大大增加。本文以沙粒在渦扇發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片通道中的運動規(guī)律為研究課題，通過單顆粒沙粒軌跡的統(tǒng)計結(jié)果來獲得沙粒群飛出外涵道的比例，此方法為航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣部件設(shè)計提供參

2、考，使得沙粒進(jìn)入發(fā)動機(jī)核心機(jī)的比例盡量減小。
　　為了得到大量沙粒運動軌跡的統(tǒng)計結(jié)果，本文對沙粒采用球狀模型假設(shè)，并使用確定性顆粒軌道模型計算沙粒在流場中的運動軌跡。其中，沙粒軌跡數(shù)值計算主要考慮沙粒在流場中的運動以及沙粒與金屬壁面的碰撞。具體研究方法為：
　　將帶進(jìn)氣錐的風(fēng)扇葉片氣流通道的CFD結(jié)果經(jīng)后處理導(dǎo)入MS SQL Server數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，從而得到流場通道的網(wǎng)格節(jié)點流動參數(shù)數(shù)據(jù)庫表；再進(jìn)行一系列不同初始條件下

3、沙粒模型與金屬壁面的數(shù)值模擬，得到沙粒與金屬壁面碰撞的碰撞與反彈模型數(shù)據(jù)庫；當(dāng)沙粒模型在流場中運動時，本文采用一種插值球的方法來計算當(dāng)前位置的氣動參數(shù)，即選取沙粒模型為球心，并以一定距離為半徑的插值球范圍內(nèi)的流場網(wǎng)格點數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均，從而計算出沙粒模型在當(dāng)前位置的加速度大小和方向，并計算出沙粒模型在一定時間步長后的位置和速度；當(dāng)沙粒與氣流通道金屬壁面碰撞時，根據(jù)碰撞與反彈數(shù)據(jù)庫表進(jìn)行差值，得到沙粒模型反彈后的位置和速度。
　　利

4、用VC++平臺得到計算沙粒在風(fēng)扇葉片氣流通道中運動軌跡的面向?qū)ο髴?yīng)用程序。由于數(shù)據(jù)庫技術(shù)的運用，大大簡化了數(shù)據(jù)的存儲和查詢進(jìn)程，使本文所用軌跡計算軟件可以在調(diào)用大量數(shù)據(jù)的情況下幾秒內(nèi)即可完成單個粒子軌跡的計算。在一般計算條件下，該軟件可以迅速得實現(xiàn)單個沙粒模型運動軌跡的可視化，并得到沙粒群在氣流通道出口截面的分布情況。
　　通過本文的研究，得到了以下一些結(jié)論：
　　沙粒在流場中所受的曳力和沙粒與氣流通道壁面的碰撞是影響沙粒運

5、動軌跡的重要因素，其它各力的影響可以忽略不計。沙粒在流場中運動時主要受到流場曳力的影響，這是沙粒模型產(chǎn)生隨流運動特性的主要原因；沙粒在葉片氣流通道運動過程中很大可能與進(jìn)氣錐、葉片、內(nèi)外機(jī)匣等金屬壁面碰撞，這將很大程度改變沙粒模型原有的運動軌道。當(dāng)沙粒模型與金屬壁面碰撞時，隨著入射角的增大，碰撞產(chǎn)生的能量損失越大，反彈速度越?。挥捎谂鲎蚕鄬λ俣缺容^大，接觸時間很短，運動金屬壁面與沙粒模型間的摩擦力對沙粒運動軌跡的影響較小。在一定范圍內(nèi)，不