冷却空气管供气腔脉冲射流流动响应特性实验研究

doi:10.13675/j.cnki.tjjs.190807

推进技术 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (6): 1351-1360.DOI: 10.13675/j.cnki.tjjs.190807

冷却空气管供气腔脉冲射流流动响应特性实验研究

徐启明¹，毛军逵^1,2，刘方圆¹，范俊³，蔡可信¹，杨悦¹，何辉¹

1.南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京 210016;2.南京航空航天大学能源与动力学院，江苏省航空动力系统重点实验室，江苏南京 210016;3.陆军航空兵研究所，北京 101121

出版日期:2021-06-15 发布日期:2021-08-15
作者简介:徐启明，硕士生，研究领域为发动机传热传质。E-mail：1916886912@qq.com
基金资助:
国家科技重大专项（2017-Ⅲ-0010-0036）。

Experimental Investigation on Flow Response Characteristics of Pulsed Jet Through Cooling Air Pipe Plenum Chamber

1.College of Energy and Power Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China;2.Jiangsu Province Key Laboratory of Aerospace Power System，College of Energy and Power Engineering， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China;3.Army Aviation Research Institute，Beijing 101121，China

Online:2021-06-15 Published:2021-08-15

摘要/Abstract

摘要： 为了探究脉冲射流经航空发动机主动控制系统中冷却空气管内的流动响应规律，对单排40个出流孔的冷却空气管内的脉冲射流流动响应特性进行了实验研究。同时，引入了响应时间、迟滞时间和出流速度系数三个评价参数，对脉冲射流在冷却空气管内的响应特性进行定量分析。实验重点分析了脉冲频率f（1~20Hz）、进口雷诺数Re（5×10³~2×10⁴）等参数变化对流动响应特性带来的影响。研究发现，在一个脉冲周期内，冷却空气管出流速度的响应时间和迟滞时间沿程逐渐增加，出流速度系数沿程变化不大。在实验参数范围内，f和Re增大，冷却空气管出流响应时间、迟滞时间所占脉冲周期的比例和出流速度系数逐渐增大。f，Re越大，冷却空气管内压力越大，流容越小。

关键词: 航空发动机;控制系统;冷却空气管;脉冲射流;响应特性;容腔效应;流容

Abstract: To obtain the pulsed jet flow response characteristics of cooling air pipe plenum chamber in the aero-engine active control system such as the characteristics of flow response， a typical configuration， which has 40 exit holes located in one lines， was experimentally investigated. Three evaluation parameters， including the response time， the lagging time， the outflow velocity coefficient were introduced to quantitatively analyze the response characteristics of the pulsed jet in the cooling air pipe plenum chamber. The inlet Reynolds number （5×10³~2×10⁴）， the impulse frequency （1~20Hz） were changed in experiments， then the flow response characteristics of pulsed jet varying with these parameters were obtained. It was found that， the response time， the lagging time increased gradually along the cooling air pipe and the outflow velocity coefficient had a less variation along the cooling air pipe mainly. Among the current research conditions， the ratio of response time and lagging time to the pulse period and the outflow velocity coefficient gradually increased with the increasing impulse frequency and inlet Reynolds number. As impulse frequency and inlet Reynolds number increased， the pressure in the cooling air pipe gradually increased and the flow capacity in the cooling air pipe gradually decreased.

Key words: Aeroengine;Control system;Cooling air pipe;Pulsed jet;Response characteristics;Cavity effects;Flow capacity

徐启明，毛军逵，刘方圆，范俊，蔡可信，杨悦，何辉. 冷却空气管供气腔脉冲射流流动响应特性实验研究[J]. 推进技术, 2021, 42(6): 1351-1360.

XU Qi-ming¹, MAO Jun-kui^1,2, LIU Fang-yuan¹, FAN Jun³, CAI Ke-xin¹, YANG Yue¹, HE Hui¹. Experimental Investigation on Flow Response Characteristics of Pulsed Jet Through Cooling Air Pipe Plenum Chamber[J]. Journal of Propulsion Technology, 2021, 42(6): 1351-1360.

参考文献

[1] Lattime S B， Steinetz B M. High Pressure Turbine Clearance Control Systems： Current Practices and Future Directions［J］. Journal of Propulsion and Power， 2012， 20（2）： 302-311.
[2] 曾军，王鹏飞. 民用航空发动机涡轮叶尖间隙主动控制技术分析［J］. 航空科学技术， 2012，（2）： 1-6.
[3] 王峻晔，章明川，吴东棣. 流体在多孔管分支系统中的流动机理研究［J］. 水动力学研究与进展（A辑）， 1999， 14（1）： 34-44.
[4] Riccardo Da Soghe， Andreini Antonio. Numerical Characterization of Pressure Drop Across the Manifold of Turbine Casing Cooling System［J］. Journal of Turbomachinery， 2013， 135（3）.
[5] Andreini Antonio， Riccardo Da Soghe. Numerical Characterization of Aerodynamic Losses of Jet Arrays for Gas Turbine Applications［J］. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power， 2012， 134（5）： 110-115.
[6] Soghe R D ， Facchini B ， Micio M ， et al. Heat Transfer and Pressure Drop Analysis of a Turbine Casing Impingement Cooling System［R］. ASME GT 2012-68793.
[7] 陈涛. 涡轮叶尖间隙主动控制典型构件流动与换热特性研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2012.
[8] 姜远刚. 间隙主动控制系统中冷却流路的流动/换热特性研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2013.
[9] 姚甜，毛军逵，蒋亮亮，等. 涡轮集气腔流动特性研究及流阻计算模型［J］. 推进技术， 2017， 38（2）： 129-140.
[10] Junkui Mao， Tian Yao， Zhenzong He， et al. Numerical Study of Radiation Effect on the Jet Array Impinging Heat Transfer in a Feeding Pipe［J］. Numerical Heat Transfer， Part A： Applications， 2018， 73（2）： 125-142.
[11] Carlomagno G M ， Ianiro A . Thermo-Fluid-Dynamics of Submerged Jets Impinging at Short Nozzle-to-Plate Distance： A Review［J］. Experimental Thermal and Fluid Science， 2014， 58：15-35.
[12] 徐亮，任德祖，马永浩，等. 不同形状喷嘴的旋流冲击射流压力损失和传热特性实验［J］. 航空动力学报， 2018， 33（11）： 127-135.
[13] Yu Y Z， Zhang J Z， Xu H S. Convective Heat Transfer by a Row of Confined a Air Jets from Round Holes Equipped with Triangular Tabs［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer， 2014， 72： 222-233.
[14] Guan T， Zhang J Z， Shan Y. Conjugate Heat Transfer on Leading Edge of a Conical Wall Subjected to External Cold Flow and Internal Hot Jet Impingement from Chevron Nozzle［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer 2016， 106： 329-338.
[15] Zhang J Z， Gao S， Tan X M. Convective Heat Transfer on a Flat Plate Subjected to Normally Synthetic Jet and Horizontally Forced Flow［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer， 2013， 57（1）： 321-330.
[16] 周静伟，杨兴贤，耿丽萍，等. 非稳态冲击射流强化传热试验研究［J］. 机械工程学报， 2010， 46（6）： 144-148.
[17] Pu-zhen Gao， Ting-hao Liu， Ting Yang， et al. Pressure Drop Fluctuations in Periodically Fluctuating Pipe Flow［J］. Journal of Marine Science and Application， 2010， 9（3）： 317-322.
[18] 耿丽萍，周静伟，郑传波. 信号组合对周期性射流冲击换热的影响［J］. 工程热物理学报， 2015， 36（12）： 2674-2677.
[19] Herwig H， Middelberg G. The Physics of Unsteady Jet Impingement and its Heat Transfer Performance［J］. Acta Mechanica， 2008， 201（1-4）： 171-184.
[20] 吕元伟，张靖周，唐婵，等. 脉冲射流冲击平直表面的对流换热实验［J］. 航空学报， 2018， 39（4）： 119-127.
[21] 王峻晔，葛晓陵，吴东棣. 分支流理论研究进展［J］. 力学进展， 1998， 28（3）： 392-401.
[22] 王维，唐磊，王棋. 压力测试管道管腔效应研究［J］. 计测技术， 2012，（S1）： 81-86.
[23] 丁水汀，车巍巍，刘传凯. 空气系统双腔模型的压力动态特性分析［J］. 北京航空航天大学学报， 2016， 42（4）： 654-661.
[24] 巩岁平，樊嘉峰，徐芳，等. 两种动态压力测量装置试验对比研究［J］. 燃气涡轮试验与研究， 2017， 30（6）： 37-42.
[25] 唐婵，张靖周，谭晓茗，等. 带集气腔的脉冲射流冲击换热实验和数值研究［J］. 航空动力学报， 2019， 34（6）： 1334-1343.
[26] 张江辉，陈翠华，宁全利，等. 几种滤波在数据自动平滑处理中的对比分析［J］. 四川兵工学报， 2013， 34（4）： 101-103.
[27] Nguepnang M A， Boer M， Kim T. Stagnation Heat Transfer on a Concave Surface Cooled by Unconfined Slot Jet［J］. Journal of Thermophysics and Heat Transfer， 2016， 30（3）： 1-9.
[28] 高文君，刘振侠，朱鹏飞，等. 航空发动机静止盘腔瞬态特性数值与实验研究［J］. 推进技术， 2019， 40（3）： 496-503.

冷却空气管供气腔脉冲射流流动响应特性实验研究

Experimental Investigation on Flow Response Characteristics of Pulsed Jet Through Cooling Air Pipe Plenum Chamber

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 0

编辑推荐

Metrics

本文评价