氣流通道中沙粒運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)值模擬研究.pdf

1、飛機(jī)在機(jī)場(chǎng)起飛、著落時(shí)，進(jìn)入發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)時(shí)，將有可能造成發(fā)動(dòng)機(jī)故障，直接影響發(fā)動(dòng)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(chǎng)起飛著落時(shí)，大型運(yùn)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(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片通道中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為研究課題，通過單顆粒沙粒軌跡的統(tǒng)計(jì)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(dòng)機(jī)進(jìn)氣部件設(shè)計(jì)提供參

2、考，使得沙粒進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)的比例盡量減小。
　　為了得到大量沙粒運(yùn)動(dòng)軌跡的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，本文對(duì)沙粒采用球狀模型假設(shè)，并使用確定性顆粒軌道模型計(jì)算沙粒在流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡。其中，沙粒軌跡數(shù)值計(jì)算主要考慮沙粒在流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)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(chǎng)通道的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)流動(dòng)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，本文采用一種插值球的方法來計(jì)算當(dāng)前位置的氣動(dòng)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(chǎng)網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均，從而計(jì)算出沙粒模型在當(dāng)前位置的加速度大小和方向，并計(jì)算出沙粒模型在一定時(shí)間步長(zhǎng)后的位置和速度；當(dāng)沙粒與氣流通道金屬壁面碰撞時(shí)，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(tái)得到計(jì)算沙粒在風(fēng)扇葉片氣流通道中運(yùn)動(dòng)軌跡的面向?qū)ο髴?yīng)用程序。由于數(shù)據(jù)庫技術(shù)的運(yùn)用，大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢進(jìn)程，使本文所用軌跡計(jì)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(gè)粒子軌跡的計(jì)算。在一般計(jì)算條件下，該軟件可以迅速得實(shí)現(xiàn)單個(gè)沙粒模型運(yùn)動(dòng)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(chǎng)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(yùn)

5、動(dòng)軌跡的重要因素，其它各力的影響可以忽略不計(jì)。沙粒在流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)主要受到流場(chǎng)曳力的影響，這是沙粒模型產(chǎn)生隨流運(yùn)動(dòng)特性的主要原因；沙粒在葉片氣流通道運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌道。當(dāng)沙粒模型與金屬壁面碰撞時(shí)，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??；由于碰撞相對(duì)速度比較大，接觸時(shí)間很短，運(yùn)動(dòng)金屬壁面與沙粒模型間的摩擦力對(duì)沙粒運(yùn)動(dòng)軌跡的影響較小。在一定范圍內(nèi)，不