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直连式甩油盘非均匀流动特性

叶宇隆 金捷 刘睿 高翔 王方

叶宇隆, 金捷, 刘睿, 等 . 直连式甩油盘非均匀流动特性[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(8): 1560-1568. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0693
引用本文: 叶宇隆, 金捷, 刘睿, 等 . 直连式甩油盘非均匀流动特性[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(8): 1560-1568. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0693
YE Yulong, JIN Jie, LIU Rui, et al. Non-uniform flow characteristics of direct-connected fuel slinger[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(8): 1560-1568. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0693(in Chinese)
Citation: YE Yulong, JIN Jie, LIU Rui, et al. Non-uniform flow characteristics of direct-connected fuel slinger[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(8): 1560-1568. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0693(in Chinese)

直连式甩油盘非均匀流动特性

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0693
基金项目: 

国家重点研发计划 2017YFB0202400

国家重点研发计划 2017YFB0202402

国家自然科学基 91741125

详细信息
    作者简介:

    叶宇隆  男, 硕士研究生。主要研究方向:折流式燃烧室甩油盘的雾化仿真模拟

    王方:王芳  女, 副教授。主要研究方向:两相湍流流动、燃烧及其数值模拟

    通讯作者:

    王方, E-mail: fwang@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V233.2+.4

Non-uniform flow characteristics of direct-connected fuel slinger

Funds: 

National Key R & D Program of China 2017YFB0202400

National Key R & D Program of China 2017YFB0202402

National Natural Science Foundation of China 91741125

More Information
  • 摘要:

    针对甩油盘启动过程中的流动特性,采用三维数值模拟方法研究甩油盘内外两相流场流动特性,并结合高速摄影实验结果、理论结果进行综合分析。结果表明:甩油盘的总出流量随时间发生明显变化,幅度较大。在短时间内,甩油盘各孔流量差异巨大,各孔对应的索泰尔平均直径(SMD)值相差不大,SMD主要取决于转速。各孔流量不同,雾化场分布不均匀,实验结果验证了这一现象。

     

  • 图 1  甩油盘剖视图

    Figure 1.  Cross-section of fuel slinger

    图 2  甩油盘出口孔位置示意图

    Figure 2.  Schematic of fuel slinger exit hole location

    图 3  VOF法示意图

    Figure 3.  Schematic of VOF method

    图 4  内部流场的网格划分

    Figure 4.  Mesh of inner flow field

    图 5  单孔外流场的仿真模型

    Figure 5.  Model to simulate outer flow field (one hole)

    图 6  甩油盘外流场全盘模拟区域

    Figure 6.  Field to simulate outer flow field of fuel slinger (whole slinger)

    图 7  70%转速下甩油盘总出流量与时间的关系

    Figure 7.  Total outmass-flow rate versus time under 70% rotation rate of fuel slinger

    图 8  流量与出口孔关系

    Figure 8.  Mass flow rates versus exit hole

    图 9  甩油盘中形成的液面分离现象

    Figure 9.  Water film split up inside fuel slinger

    图 10  甩油盘A-A剖视图

    Figure 10.  A-A cross-section of fuel slinger

    图 11  Huppert的液面滞止点理论图[15]

    Figure 11.  Huppert's theory about liquid film stagnation point[15]

    图 12  SMD与孔流量统计值的关系

    Figure 12.  SMD versus mass flow rate statistic value of holes

    图 13  90%转速下使用内部流场得到的各孔流量仿真雾化场图

    Figure 13.  Outer flow field simulated using different hole mass flow rates from inner flow field under 90% rotation rate

    图 14  90%转速下使用孔流量平均值得到的各孔流量仿真雾化场图

    Figure 14.  Outer flow field simulated using average hole mass flow rate under 90% rotation rate

    图 15  实验系统示意图

    Figure 15.  Schematic of experimental system

    图 16  实际实验系统图

    Figure 16.  Photo of experimental system

    图 17  甩油盘低转速下雾化形态

    Figure 17.  Slinger atomization field under low rotation rate

    图 18  各孔流量对比(1)

    Figure 18.  Comparison of hole's mass-flow rate (1)

    图 19  各孔流量对比(2)

    Figure 19.  Comparison of hole's mass-flow rate (2)

    图 20  各孔流量对比(3)

    Figure 20.  Comparison of hole's mass-flow rate (3)

    表  1  内部流动数值计算方法

    Table  1.   Numerical simulation methods for internal flow

    计算方法类型 计算方法具体内容
    计算域 全盘
    网格划分方式 非结构化网格
    湍流模型 k-episilon
    两相流模型 VOF
    进口边界条件 流量进口
    出口边界条件 压力出口
    甩油盘壁面边界条件 无滑移旋转壁面
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    表  2  外部雾化区域的数值计算方法

    Table  2.   Simulation methods for outer atomization field

    计算方法类型 计算方法具体内容
    计算域 甩油盘外流场
    网格划分方式 结构化网格
    湍流模型 k-episilon
    两相流模型 DPM
    进口边界条件 速度进口
    射流进口边界条件 压力雾化喷嘴
    出口边界条件 速度出口
    甩油盘壁面边界条件 无滑移旋转壁面
    下载: 导出CSV

    表  3  不同转速下孔流量统计

    Table  3.   Statistics of mass flow rates of holes under different rotation rates

    转速/% 孔流量状态 孔流量/(kg·s-1) 与孔平均流量差值/%
    60 最大值 6.72×10-3 88.24
    中位数 3.72×10-3 4.20
    平均值 3.57×10-3 0
    最小值 4.68×10-4 86.89
    70 最大值 7.60×10-3 112.89
    中位数 5.44×10-3 52.38
    平均值 3.57×10-3 0
    最小值 1.20×10-3 66.39
    80 最大值 2.35×10-2 263.78
    中位数 5.76×10-3 10.84
    平均值 6.46×10-3 0
    最小值 4.02×10-3 37.77
    90 最大值 1.91×10-2 120.05
    中位数 7.75×10-3 10.71
    平均值 8.68×10-3 0
    最小值 1.36×10-4 98.43
    100 最大值 2.00×10-2 33.33
    中位数 1.70×10-2 13.33
    平均值 1.50×10-2 0
    最小值 1.00×10-2 33.33
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    表  4  试验台的技术指标

    Table  4.   Technique parameters of experiment rig

    指标 内容
    实验介质
    介质温度 常温
    供水压力 0 ~0.6MPa
    介质清洁度 不低于6级(GJB 420B—2015)
    流量调节精度 ±0.2%
    供水流量 0~1200kg/h(连续可调)
    甩油盘转速范围 0~22000kg/min(连续可调)
    最大振动限定值 ≤1g
    转速调节精度 ±100r/min
    加速时间 从10500~22000r/min≤10s
    连续工作时间 ≥1h
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    表  5  高速摄像机性能

    Table  5.   Functionality of high-speed photography

    参数 数值
    最大分辨率/(像素×像素) 1280×1024
    最大拍摄频率(@分辨率1280×16)/(帧·s-1) 62000
    最大拍摄频率(@最大分辨率)/(帧·s-1) 2550
    工作温度/℃ -40~50
    传感器类型 CMOS
    传感器规格/in 1
    注:1in=2.54cm。
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-26
  • 录用日期:  2019-01-23
  • 刊出日期:  2019-08-20

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