董 哲,徐讓書,胡 慧
(1.沈陽航空航天大學(xué) 航空航天工程學(xué)部(院),沈陽 110136; 2.吉利汽車有限公司,濟(jì)南 250101)
?
蜂窩式軸心通風(fēng)器分離效率數(shù)值模擬
董哲1,徐讓書1,胡慧2
(1.沈陽航空航天大學(xué) 航空航天工程學(xué)部(院),沈陽 110136; 2.吉利汽車有限公司,濟(jì)南 250101)
為分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)蜂窩式軸心通風(fēng)器油氣分離特性的影響因素,應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)手段,采用雷諾應(yīng)力模型對某蜂窩式軸心通風(fēng)器內(nèi)流場進(jìn)行數(shù)值模擬。比較相同工況下總壓損失的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值,保證模型的適用性。通過計(jì)算得到不同工況下蜂窩式軸心通風(fēng)器的分離效率。結(jié)果表明,數(shù)值分析得出的分離特性能夠表征各因素對油氣分離特性的影響規(guī)律,各因素在影響分離效率的權(quán)重上相互耦合,且蜂窩結(jié)構(gòu)油氣分離效率很高。
航空發(fā)動(dòng)機(jī);軸心通風(fēng)器;蜂窩結(jié)構(gòu);分離效率;數(shù)值計(jì)算
為減小滑油消耗,提高油氣分離能力,在航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油與通風(fēng)系統(tǒng)中必須經(jīng)通風(fēng)器與大氣相通。軸心通風(fēng)器作為一種新型結(jié)構(gòu)的通風(fēng)器,省去了專門的傳動(dòng)系統(tǒng)及發(fā)動(dòng)機(jī)外部通風(fēng)管,減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量。軸心通風(fēng)器工作時(shí),隨空氣旋轉(zhuǎn)的細(xì)微滑油顆粒在通風(fēng)器內(nèi)被分離,分離后的空氣在內(nèi)外壓差作用下通過軸上的通風(fēng)孔排出[1-2]。通風(fēng)流量和進(jìn)氣面積對通風(fēng)器的油氣分離效率有一定影響[3]。為提高通風(fēng)器分離效率,利用蜂窩結(jié)構(gòu)孔隙率高、比表面積大和流動(dòng)阻力小的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了在原軸心通風(fēng)器進(jìn)口處填充橫截面為正六邊形的單孔柱體蜂窩結(jié)構(gòu)。Eastwick等[4]研究了航空發(fā)動(dòng)機(jī)不同類型的油氣分離器,比較通風(fēng)器的性能。在分散相(滑油顆粒)體積分?jǐn)?shù)小于10-6時(shí)[5-6],可以不考慮油滴對連續(xù)相的作用以及油滴顆粒與湍流之間的動(dòng)量交換,計(jì)算中可以將分散相忽略,只考慮連續(xù)相(通風(fēng)器腔內(nèi)空氣)[7-8],而作用于連續(xù)相(通風(fēng)器腔內(nèi)氣體)重力的影響可以忽略[9-10]。Glahn等[11]指出,評估軸心通風(fēng)器性能的一個(gè)可行途徑是應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)CFD方法預(yù)測滑油系統(tǒng)中的油/氣兩相流。而蜂窩式軸心通風(fēng)器與軸承腔內(nèi)的油氣兩相流具有相似的流動(dòng)特征[12-13],因此,計(jì)算流體力學(xué)是研究蜂窩結(jié)構(gòu)軸心通風(fēng)器內(nèi)兩相流和油氣分離過程的有效方法。本文旨在從分離效率上為蜂窩結(jié)構(gòu)軸心通風(fēng)器設(shè)計(jì)提供理論支撐,應(yīng)用商業(yè)軟件FLUENT對蜂窩式軸心通風(fēng)器內(nèi)的氣液兩相流動(dòng)進(jìn)行模擬,計(jì)算相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)下的油氣分離效率。
本文首先對通風(fēng)器在轉(zhuǎn)速一定、不同通風(fēng)流量時(shí)以及在流量一定、不同轉(zhuǎn)速時(shí)總壓損失的實(shí)驗(yàn)值和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較,保證計(jì)算模型與計(jì)算結(jié)果的可信度;然后利用有效計(jì)算模型得到不同工況下的總分離效率和部分分離效率,得到不同影響因素與油氣分離的關(guān)系,總結(jié)軸心通風(fēng)器通風(fēng)分離效率的影響因素。
1.1計(jì)算域與邊界條件
蜂窩式軸心通風(fēng)器內(nèi)部流道主要由布滿蜂窩結(jié)構(gòu)的環(huán)形腔、通風(fēng)孔、通風(fēng)氣內(nèi)腔和空心軸腔等構(gòu)成,如圖1所示。工作時(shí)氣流從試驗(yàn)器腔流經(jīng)隨通風(fēng)器空心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的蜂窩結(jié)構(gòu)環(huán)形腔進(jìn)入通風(fēng)孔,然后流過通風(fēng)器內(nèi)腔至空心軸腔流出。
圖1 蜂窩式軸心通風(fēng)器流道結(jié)構(gòu)與邊界條件
計(jì)算域?yàn)橥L(fēng)器內(nèi)腔及試驗(yàn)器內(nèi)結(jié)構(gòu)相同的流體區(qū)域。通風(fēng)器低壓轉(zhuǎn)子空心軸上的6個(gè)徑向通風(fēng)孔在周向上均布,以60°為旋轉(zhuǎn)周期性,選取周向1/6扇形幾何體為計(jì)算域。計(jì)算域入口為試驗(yàn)器外圓柱的1/6,圓柱表面的軸向長度30 mm,直徑為290 mm;計(jì)算域出口為軸心通風(fēng)器排氣管60°截面,直徑為32 mm。
本文所用的蜂窩結(jié)構(gòu)布滿整個(gè)環(huán)形腔,每個(gè)蜂窩均是橫截面為正六邊形的單孔柱體,蜂窩孔尺寸設(shè)定對邊距為1 mm,蜂窩深度為18 mm,有效孔數(shù)為13 240(1/6圓周),蜂窩結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示。而蜂窩結(jié)構(gòu)由數(shù)萬個(gè)小孔組成,計(jì)算模型的網(wǎng)格規(guī)模將十分龐大,計(jì)算過程耗時(shí)太長,現(xiàn)有條件很難實(shí)現(xiàn)。因此本文將蜂窩部分簡化為“井”字排列的蜂窩孔,周圍蜂窩結(jié)構(gòu)區(qū)域采用多孔介質(zhì)模型代替,然后根據(jù)理論關(guān)系式計(jì)算總效率。圖2(b)為井字形蜂窩結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。
圖2 蜂窩結(jié)構(gòu)及其簡化模型網(wǎng)格
由于通風(fēng)器內(nèi)氣體溫度變化不大,密度的相對變化量很小,馬赫數(shù)小于0.3,所以連續(xù)相按不可壓縮流動(dòng)處理,且其內(nèi)部為空氣和油滴顆粒混合而成的兩相流,兩者的物性參數(shù)見表1。流體區(qū)域采用多參考坐標(biāo)系模型,即設(shè)定各流體區(qū)域?yàn)檫\(yùn)動(dòng)參考坐標(biāo)系,且除最外側(cè)實(shí)驗(yàn)腔運(yùn)動(dòng)速度為零外,其他區(qū)域運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速為通風(fēng)器運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速。
表1 空氣與潤滑油的物性參數(shù)
入口邊界條件為質(zhì)量流量入口,質(zhì)量流量率為總通風(fēng)流量的1/6,湍流強(qiáng)度為2%,湍流粘性比給定為100。取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(101.3 kPa)為參考?jí)毫Γ隹诙x為通風(fēng)出口,出口靜壓(表壓力)為Pg,out=0 kPa。通風(fēng)口前后的壓力降Δp與動(dòng)壓頭之間的無量綱損失系數(shù)kL由試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得,是法向速度的多項(xiàng)式表達(dá)式,為kL=0.001v2-0.272v+18.77。構(gòu)成扇形計(jì)算域的側(cè)面為旋轉(zhuǎn)周期性面;通風(fēng)器試驗(yàn)腔旋轉(zhuǎn)軸壁面的運(yùn)動(dòng)方式定義為運(yùn)動(dòng)壁面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);其他壁面均定義為固定壁面,各壁面的粗糙度高度定義為0,粗糙度常數(shù)定義為0.5,所有壁面剪切條件均為無滑移條件。
1.2計(jì)算方法
蜂窩結(jié)構(gòu)軸心通風(fēng)器內(nèi)的連續(xù)相空氣和分散相油滴顆粒形成的油氣混合物屬于氣液兩相流,采取歐拉—拉格朗日方法進(jìn)行求解,其本質(zhì)是運(yùn)用分散相模型(Discrete Phase Model,DPM)求解分散相,對連續(xù)相空氣采用歐拉方法應(yīng)用雷諾應(yīng)力模型,直接求解時(shí)均N-S方程。通風(fēng)器內(nèi)的滑油顆粒被處理為分散相,通過計(jì)算流場中大量油滴的運(yùn)動(dòng)得到,采用拉格朗日方法對這些質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行積分得到其運(yùn)動(dòng)軌跡和受力情況[14-15]。油滴顆粒被看作惰性顆粒,不考慮滑油的蒸發(fā),顆粒的受力僅考慮阻力和旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系產(chǎn)生的附加力,應(yīng)用球形顆粒阻力公式。通過隨機(jī)追蹤模型模擬連續(xù)相湍流瞬時(shí)速度脈動(dòng)對顆粒軌跡的影響(即湍流彌散),并采用隨機(jī)渦壽命模型確定隨機(jī)追蹤模型的積分時(shí)間,DPM模型的壁面邊界條件采用壁面液膜(Wall-Film)模型,顆粒追蹤在絕對坐標(biāo)系中進(jìn)行,分散相與連續(xù)相的耦合為雙向耦合,近壁處理采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。
蜂窩結(jié)構(gòu)軸心通風(fēng)器內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜,油氣混合物由于旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)具有較大的離心力,較高的流速,流動(dòng)狀態(tài)呈湍流流動(dòng),內(nèi)部流體流線彎曲回折特點(diǎn)明顯,湍流的各項(xiàng)異性對時(shí)均流動(dòng)作用明顯。雷諾應(yīng)力模型(RSM)對于計(jì)算這類流動(dòng)問題具有更高的精度,它摒棄了各項(xiàng)同性的渦粘假設(shè)[16],更嚴(yán)格地考慮了流線型彎曲、漩渦、旋轉(zhuǎn)和張力快速變化,為更嚴(yán)格的計(jì)算雷諾應(yīng)力各向異性引起的流動(dòng)變化,雷諾應(yīng)力模型的N-S方程引入了湍流黏度、耗散率、湍動(dòng)能、二次壓力-應(yīng)變項(xiàng)、湍流擴(kuò)散等附加項(xiàng)。因此,RSM對于蜂窩結(jié)構(gòu)軸心通風(fēng)器內(nèi)復(fù)雜的兩相流流動(dòng)的模擬具有更大的優(yōu)勢,雷諾應(yīng)力方程具體形式為
(1)
式中,ρ為密度,u為時(shí)均速度,u′為脈動(dòng)速度,μ為黏度,β為體積膨脹系數(shù),g為重力加速度,Ω為平均轉(zhuǎn)率張量。
2.1分離機(jī)理
通風(fēng)器的作用主要是分離油氣混合物中的滑油顆粒,從而減少滑油的消耗,而油氣分離機(jī)理主要是離心分離和慣性碰撞分離。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),空氣夾帶著滑油顆粒一起進(jìn)入軸心通風(fēng)器,由于轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)作用,使空氣和滑油顆粒受到一個(gè)向外的離心力的作用,在離心力的作用下,空氣和滑油顆粒一同做離心運(yùn)動(dòng)。但由于滑油顆粒的密度遠(yuǎn)大于空氣密度,所以作用在滑油顆粒上的離心力較大,使較大顆粒的滑油被甩至殼體壁面處,形成一層油膜,且在慣性力的作用下,部分顆粒在隨通風(fēng)器高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)發(fā)生一系列的碰撞,包括顆粒與顆粒之間的碰撞以及顆粒到達(dá)蜂窩孔處與蜂窩內(nèi)壁的碰撞。在碰撞的過程中,有的顆粒破碎形成一層油膜粘附在壁面,有的顆粒發(fā)生反彈、散布或飛濺現(xiàn)象。設(shè)計(jì)時(shí),一般將通風(fēng)器中滑油回收的通路與油氣混合物進(jìn)氣通路分開,這樣使得被回收的滑油不再隨進(jìn)氣重新進(jìn)入通風(fēng)器,而被分離的空氣則會(huì)在壓差作用下,經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸上的排氣孔直接排出。
3.2分離效率
軸心通風(fēng)器從油氣混合物中捕集滑油顆粒的能力用分離效率來表示。全效率η為當(dāng)兩相流流體通過分離器時(shí),被分離器捕獲顆粒的含量與進(jìn)入分離器總顆粒含量的比值,即
(2)
式中,G1為進(jìn)入分離器的總顆粒量,G2為從分離器排出的顆粒量,G3為分離器所捕集的顆粒量。
3.1計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證
通風(fēng)阻力是評價(jià)離心通風(fēng)器通風(fēng)性能最直接的指標(biāo)。通風(fēng)阻力定義為入口總壓Pin與出口總壓Pout的差值ΔP=Pin-Pout。因此,對蜂窩式軸心通風(fēng)器在轉(zhuǎn)速n為4 750 r/min,通風(fēng)量為0.02 kg/s、0.04 kg/s、0.06 kg/s、0.08 kg/s和0.10 kg/s時(shí)以及在流量為0.08 kg/s,轉(zhuǎn)速分別為1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min、4 000 r/min、4 500 r/min和5 000 r/min時(shí)總壓損失的CFD數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較,如圖3所示,二者吻合較好,計(jì)算模型與計(jì)算結(jié)果的可信度得到驗(yàn)證。
圖3 壓力損失計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值的對比
3.2工況因素的影響分析
為了解蜂窩結(jié)構(gòu)在通風(fēng)器中的油氣分離效果,本文將通風(fēng)器分為兩部分:蜂窩部分和其他部分,采用分離效率理論公式分別計(jì)算通風(fēng)器的總分離效率及分段分離效率。
轉(zhuǎn)速是通風(fēng)器油氣混合物分離性能的影響因素之一,在通風(fēng)流量為0.08 kg/s,轉(zhuǎn)速n分別為1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min、4 000 r/min、4 500 r/min和5 000 r/min時(shí)計(jì)算分離效率,見表2。轉(zhuǎn)速的增加會(huì)增大蜂窩結(jié)構(gòu)軸心通風(fēng)器內(nèi)油滴顆粒的分離效率及分段分離效率。
在低壓轉(zhuǎn)子軸的帶動(dòng)下,進(jìn)入到試驗(yàn)腔的油氣混合物受到離心力的作用也隨之旋轉(zhuǎn),離心力計(jì)算公式為
(3)
式中,dp為滑油顆粒直徑,ρ為滑油密度,ρa(bǔ)為空氣密度,R為滑油顆粒所在旋轉(zhuǎn)半徑。離心力使滑油顆粒產(chǎn)生了徑向速度V1和切向速度ωR。由式(3)可知,作用在滑油顆粒上的離心力與ω的平方成正比,因此轉(zhuǎn)速增加,滑油顆粒所受的離心力隨之增加,滑油與試驗(yàn)腔內(nèi)壁發(fā)生碰撞的概率增大,使得滑油顆粒更多的被壁面吸附,從而提高了通風(fēng)器內(nèi)油氣混合物的分離效率。隨轉(zhuǎn)速的增大,蜂窩部分的旋轉(zhuǎn)速度也增大,對進(jìn)入到蜂窩孔內(nèi)的油氣混合物產(chǎn)生很大的附加力,使滑油顆粒被甩到蜂窩孔壁面上,促進(jìn)了油氣分離。除離心力和附加力外,通風(fēng)器試驗(yàn)腔內(nèi)的湍流流動(dòng)也對油滴顆粒的分離產(chǎn)生一定的作用,一般情況下St數(shù)大約為0.01,湍流脈動(dòng)速度對這種尺寸較小的顆粒作用較大,同時(shí)在連續(xù)相湍流流動(dòng)的漩渦邊緣處會(huì)出現(xiàn)顆粒聚集的情況。蜂窩結(jié)構(gòu)軸心通風(fēng)器試驗(yàn)腔內(nèi)滑油顆粒的平均直徑約為數(shù)微米,增加低壓轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)速,會(huì)加快對試驗(yàn)腔內(nèi)氣流的攪動(dòng),從而增大流體流動(dòng)的湍動(dòng)能,改變流體內(nèi)部的渦結(jié)構(gòu),增大準(zhǔn)自由渦與準(zhǔn)強(qiáng)制渦的活動(dòng)范圍。在渦的切向速度作用下,滑油顆粒向壁面遷移,增強(qiáng)壁面捕獲油珠顆粒的能力,從而提高油氣分離效率。
表2 不同轉(zhuǎn)速下通風(fēng)器的分離效率
通風(fēng)器的油氣分離效率不僅受到轉(zhuǎn)速的影響,通風(fēng)流量分離效率也是影響因素之一。表3為在旋轉(zhuǎn)速度n為4 750 min時(shí),通風(fēng)流量m分別為0.02 kg/s、0.04 kg/s、0.06 kg/s、0.08 kg/s和0.10 kg/s時(shí)數(shù)值計(jì)算的通風(fēng)器油氣總分離效率及分段分離效率。
表3 不同通風(fēng)流量下通風(fēng)器的分離效率
(4)
通風(fēng)器的通風(fēng)流量增加,氣流的徑向速度V1也隨之增加。根據(jù)式(4),滑油顆粒的阻力也會(huì)增加,滑油顆粒向壁面遷移的動(dòng)能減小,降低了顆粒與壁面的碰撞幾率,油氣分離效率自然會(huì)降低。尺寸較小的油滴顆粒對氣流有良好的跟隨性,當(dāng)通風(fēng)流量增大時(shí),會(huì)增大小尺寸油滴顆粒在氣流的牽引下向通風(fēng)器下游遷移,同樣使分離效率有一定程度的減小。通過蜂窩部分和其它部分油氣分離效率的對比可以看出,蜂窩部分對油氣分離效率的貢獻(xiàn)比較大,對提高通風(fēng)器分離效率,優(yōu)化通風(fēng)器性能起到至關(guān)重要的作用。
圖4為油滴顆粒直徑在通風(fēng)器流道及實(shí)驗(yàn)腔內(nèi)的分布情況。圖中的顏色標(biāo)尺由藍(lán)到紅代表顆粒的直徑由小到大(7e-10~3e-5m)。油滴顆粒的直徑主要分布在10-6m至10-10m范圍內(nèi),顆粒十分微小,且大粒徑的顆粒主要在通風(fēng)器實(shí)驗(yàn)腔內(nèi)離心分離并粘附在壁面上。從分段分離的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)看出,分離過程主要發(fā)生在蜂窩孔內(nèi)、環(huán)形腔與通風(fēng)孔及通風(fēng)管內(nèi),主要的分離機(jī)理分別有慣性分離、離心分離和湍流彌散。
圖5為通風(fēng)器內(nèi)從進(jìn)口到出口的流線圖,圖中的流線以連續(xù)相流動(dòng)的相對速度大小著色,且其顏色標(biāo)尺由藍(lán)到紅表示空氣流動(dòng)的速度由小到大(0~200 m/s)。流體從通風(fēng)器進(jìn)口到出口,保持著高速的旋轉(zhuǎn)流動(dòng),且其流動(dòng)的相對速度層層遞進(jìn),使得流場趨于穩(wěn)定,有利于油氣混合物的分離。
圖4 油滴顆粒直徑分布情況(單位:m)
圖5 軸心通風(fēng)器流線圖
本文在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下,利用CFD數(shù)值計(jì)算方法在不同轉(zhuǎn)速和通風(fēng)流量下對蜂窩式軸心通風(fēng)器油氣混合物的兩相流流場進(jìn)行數(shù)值模擬。針對蜂窩結(jié)構(gòu)網(wǎng)格規(guī)模龐大、細(xì)節(jié)繁多的特點(diǎn),將其處理為“井”字排列的蜂窩孔,周圍蜂窩結(jié)構(gòu)區(qū)域采用各向異性的多孔介質(zhì)模型代替,連續(xù)相的湍流流動(dòng)采取各項(xiàng)異性的雷諾應(yīng)力模型進(jìn)行模擬,采取DPM模型模擬油滴顆粒相的運(yùn)動(dòng)軌跡以及顆粒在通風(fēng)器內(nèi)的受力情況。最后建立適用于蜂窩結(jié)構(gòu)的軸心通風(fēng)器中氣體流動(dòng)數(shù)值計(jì)算的建模方法和性能計(jì)算方法,計(jì)算出通風(fēng)器的油氣分離效率。計(jì)算結(jié)果表明:
(1)蜂窩結(jié)構(gòu)通風(fēng)器總壓損失的數(shù)值模擬計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算得到的實(shí)驗(yàn)值基本吻合,驗(yàn)證了計(jì)算模型和計(jì)算方法的準(zhǔn)確性和可行性;
(2)可針對蜂窩結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)繁多的特點(diǎn),劃分成“井”字蜂窩及各向異性的多孔介質(zhì)模型模擬周圍蜂窩結(jié)構(gòu)區(qū)域的流動(dòng)特性,根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法求得多孔介質(zhì)模型所需的粘性阻力系數(shù)和慣性阻力系數(shù);
(3)總分離效率和分段分離效率都隨著轉(zhuǎn)速的增加而提高,但通風(fēng)流量的增加會(huì)降低分離效率;
(4)通過蜂窩部分和其它部分油氣分離效率的對比,看出蜂窩部分對油氣分離效率的貢獻(xiàn)比較大,對提高通風(fēng)器分離效率、優(yōu)化通風(fēng)器性能起到至關(guān)重要的作用。
[1]航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊總編委會(huì).航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊:傳動(dòng)及潤滑系統(tǒng)[M].北京:航空工業(yè)出版社,2002:507-508.
[2]馬枚.航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸心通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)演變及分析[J].燃?xì)鉁u輪實(shí)驗(yàn)與研究,1994(4):23-30.
[3]李勇,李國權(quán).航空發(fā)動(dòng)機(jī)離心通風(fēng)器性能的試驗(yàn)研究[C].中國航空學(xué)會(huì)第十三屆機(jī)械動(dòng)力傳輸學(xué)術(shù)會(huì)論文集,南京:中國航空學(xué)會(huì)機(jī)械動(dòng)力傳輸專業(yè)委員會(huì),2007:247-252.
[4]C.N.EASTWICK,K.SIMMONS,Y.WANG,et al.Study of aero-engine oil-air separators[J].Proc.IMechE Part A:Journal of Power and Energy,2006(220):707-717.
[5]WILLENBORG K.Experimental analysis of air / oil separator performance[J].Journal of Engineering for Gas Turbines and Power,2008(130):8-11.
[6]DUNLOP.Dunlop equipment retimet deoilers for aeroengines[J].Aircraft Engineering and Aerospace Technology,1997(69):64-66.
[7]ELGHOBASHI S.An updated classification map of parti-cle-laden turbulent flows[J].Proceedings of an IUTAM Symposium held at Argonne National Laborato-ry,2004(10):4-7.
[8]GORSE P,BUSAM S,AND DULLENKOPF K.Influence of operating condition and geometry on the oil film thick-ness in aero-engine bearing chambers[J].Proc.of ASME Turbo Expo 2004,Vienna Austria,2004(6):14-17.
[9]FARRALL M.Numerical modeling of two-phase flow in a simplified bearing chamber[D].United Kingdom:University of Nottingham,2000.
[10]馮健美,暢云峰,張勇,等.噴油壓縮機(jī)臥式油氣分離器特性的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),2008, 42(5):561-577.
[11]A GLAHN,M F BLAIR,K L LLARD,et al.Disintegration of oil jets emerging from axial passages at the face of a rotating cylinder[J].Journal of Engineering for Gas Turbines and Power,2001,125(4):1003-1010.
[12]周華,夏南.油氣分離器內(nèi)氣液兩相流的數(shù)值模擬[J].計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào),2006,23(6):28-30.
[13]馬玫,趙煒.航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸心通風(fēng)器油氣分離技術(shù)研究及油滴運(yùn)行軌跡跟蹤[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī),1997(2):13-16.
[14]CROWE C T.Review-numerical models for dilute gas-particle flows[J].Journal of Fluids Engineering Trans,ASME,1982,104(3):297-303.
[15]SMOOT L D,SMITH P J.Coal combustion and gasification[M].Plenum Press,1985.
[16]李振國.除油型水力旋流分離器內(nèi)部流場的數(shù)值計(jì)算[D].大連:大連理工大學(xué),2002.
(責(zé)任編輯:宋麗萍英文審校:趙歡)
Calculation of separation efficiency in axial ventilator with honeycomb structure
DONG Zhe1,XU Rang-shu1,HU Hui2
(1.Faculty of Aerospace Engineering,Shenyang Aerospace University,Shenyang 110136,China;2.Geely Automobile Co.,Ltd.,Jinan 250101,China)
To analyze the influence factors of oil-air separation characteristic of axial ventilator with honeycomb structure in aero-engine,the flow field in the axial ventilator was simulated numerically using CFD and Reynolds Stress Model (RSM).The calculated and experimental values of total pressure loss under same operating conditions were compared to ensure the applicability of the model.Separation efficiency values under different operating conditions were calculated and analyzed.The results show that separation characteristic obtained from numerical analysis can embody the influence of various factors on the separation efficiency,and these factors are coupled with each other.The high separation efficiency can be gained in axial ventilator with honeycomb structure.
Aero-engine;oil-air separator;honeycomb structure;separation efficiency;numerical calculation
2015-11-04
董哲(1989-),女,遼寧沈陽人,碩士研究生,主要研究方向:航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)值仿真技術(shù),E-mail:dongzhe233@126.com;徐讓書(1962-),男,浙江樂清人,教授,主要研究方向:航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)值仿真,E-mail:xurangshu@yahoo.com。
2095-1248(2016)04-0019-06
V211
A
10.3969/j.issn.2095-1248.2016.04.004