吳麗軍，陳 瀟，鄧雙國(guó)，劉玉芳

（中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，上海 201108）

減渦器流阻特性計(jì)算分析

吳麗軍，陳 瀟，鄧雙國(guó)，劉玉芳

（中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，上海 201108）

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)雙級(jí)高壓渦輪二級(jí)葉片冷卻用氣通常引自高壓壓氣機(jī)中間級(jí)，某些成熟發(fā)動(dòng)機(jī)如GE90渦輪二級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的供氣系統(tǒng)流路中，使用了減渦器結(jié)構(gòu)以降低壓力損失。本文介紹壓氣機(jī)盤(pán)腔管式減渦器引氣系統(tǒng)，包括減渦器原理、減渦器結(jié)構(gòu)等，重點(diǎn)分析了不同管長(zhǎng)、不同引氣鼓筒孔以及不同進(jìn)口周向速度下氣流的流動(dòng)特性，并將三維分析結(jié)果與一維分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)分析得到，減渦管在一定管長(zhǎng)下，流動(dòng)損失最小。鼓筒孔形狀、主流參數(shù)對(duì)最佳管長(zhǎng)均存在影響。

空氣系統(tǒng)；減渦器；最佳管長(zhǎng)

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，渦輪前溫度不斷提高，對(duì)高壓渦輪葉片冷卻提出了更高的要求。冷卻氣體通常是從壓氣機(jī)的適當(dāng)位置抽取空氣，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)主流道的內(nèi)側(cè)或外側(cè)各種流動(dòng)結(jié)構(gòu)元件（孔，管路，封嚴(yán)環(huán)和特定結(jié)構(gòu)形成的通道等）引致渦輪段，完成葉片冷卻、轉(zhuǎn)子靜子段輪緣封嚴(yán)等功能。

由于空氣系統(tǒng)從主流道引氣，被引走氣流不參與發(fā)動(dòng)機(jī)做功，對(duì)于耗油率有重要影響。目前主流發(fā)動(dòng)機(jī)中，10%～30%的高壓壓氣機(jī)主流氣流被引去完成冷卻、封嚴(yán)等功能，因此，合理地安排引氣位置，提高引氣利用率在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中十分重要。

發(fā)動(dòng)機(jī)壽命很大程度上取決于熱端旋轉(zhuǎn)部件的冷卻效果，因此希望空氣系統(tǒng)引氣溫度盡可能低；而壓氣機(jī)又希望空氣系統(tǒng)引氣壓力盡可能低，以保證壓氣機(jī)效率。因此，盡可能減小空氣系統(tǒng)沿程壓降是渦輪葉片冷卻供氣流路的關(guān)鍵。

本文研究的是從高壓壓氣機(jī)主流道內(nèi)側(cè)引氣，氣流經(jīng)壓氣機(jī)盤(pán)腔徑向內(nèi)流，再經(jīng)過(guò)高壓壓氣機(jī)盤(pán)與軸之間形成通道，進(jìn)入高壓渦輪盤(pán)腔，再進(jìn)入二級(jí)動(dòng)葉冷卻葉片，對(duì)葉片進(jìn)行冷卻。如圖1所示。

氣流從壓氣機(jī)主流道引入壓氣機(jī)盤(pán)腔中，存在較強(qiáng)的預(yù)旋，若任其在壓氣機(jī)盤(pán)腔中以自由渦形式發(fā)展，則氣流在旋轉(zhuǎn)盤(pán)腔的帶動(dòng)下，預(yù)旋會(huì)得到極大的發(fā)展，最終導(dǎo)致極大的壓降。這在空氣系統(tǒng)引氣中是不希望發(fā)生的。

為減小氣流在壓氣機(jī)盤(pán)腔中壓力損失，可通過(guò)減渦器結(jié)構(gòu)減小氣流預(yù)旋，如管式減渦器、孔式減渦器等。

1 減渦器原理及形式介紹

氣流從主流通道引入壓氣機(jī)盤(pán)腔，徑向內(nèi)流的氣體主要受到慣性力、離心力和哥氏力作用，氣流在漸縮通道內(nèi)向心的徑向速度會(huì)逐漸變大，若不加以控制，則氣流以自由渦形式發(fā)展，產(chǎn)生很大的預(yù)旋，導(dǎo)致其靜壓有很大的下降，對(duì)于空氣系統(tǒng)引氣極為不利。為滿足葉片進(jìn)口冷氣壓力的要求，必須提高引氣壓力，引氣位置將更靠后；如果在盤(pán)腔內(nèi)設(shè)置減渦器，迫使氣流在特定的流路中徑向流動(dòng)，可大大地減少壓降，特別是管式減渦器，它使氣流的旋轉(zhuǎn)比在管內(nèi)保持為1。在保證葉片進(jìn)口同等壓力條件下，引氣位置可以前移，引氣溫度也隨之降低。

1.1 減渦器結(jié)構(gòu)介紹

減渦器裝置在國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛，如PW4000、GE90系列等。同時(shí)，減渦器結(jié)構(gòu)也各不相同。減渦器結(jié)構(gòu)有管式減渦器和無(wú)管減渦器。為防止氣流以自由渦形式發(fā)展導(dǎo)致較大壓降，較為通用的方法則為添加徑向管，使氣流沿旋轉(zhuǎn)管徑向內(nèi)流，能有效減小壓降。添加旋轉(zhuǎn)管后，在保證管內(nèi)流動(dòng)沒(méi)有達(dá)到音速時(shí)，氣流損失主要為氣流進(jìn)出管時(shí)產(chǎn)生，圖2（b）為管式減渦器。

另一種則稱為無(wú)管減渦器，如圖2（a），與在壓氣機(jī)盤(pán)腔中設(shè)置旋轉(zhuǎn)管不同，在盤(pán)腔適當(dāng)位置設(shè)置預(yù)旋噴嘴，預(yù)旋噴嘴的角度設(shè)置為與壓氣機(jī)盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向相反，以此來(lái)抑制強(qiáng)自由渦的形成。

管式減渦器和無(wú)管減渦器結(jié)構(gòu)各不相同，如圖3所示。在圖3（a）VR1中，減渦管固定在定位環(huán)上。通過(guò)定位環(huán)將壓氣機(jī)盤(pán)腔分為兩個(gè)腔室，以遏制強(qiáng)自由渦的形成。在圖3（b）VR2中，通過(guò)兩個(gè)定位環(huán)將減渦管進(jìn)行固定，以此將壓氣機(jī)盤(pán)腔分割為3個(gè)腔。中間腔室消除渦流，能有效地減小漩渦產(chǎn)生，但由此帶來(lái)重量的增加。與長(zhǎng)減渦管不同，將減渦管分為兩段，兩個(gè)定位環(huán)分別固定小段如圖3（c）VR3所示，但該類結(jié)構(gòu)在中間腔室會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)自由渦。圖3（d）則為無(wú)管減渦器，在上下兩個(gè)固定環(huán)上設(shè)定徑向傾斜噴嘴引導(dǎo)流動(dòng)，減小漩渦產(chǎn)生，該結(jié)構(gòu)能消除由于管帶來(lái)的震動(dòng)以及安裝問(wèn)題。其效果與圖3（c）VR3相似。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

Negulescu等［1］對(duì)安裝反旋孔式減渦器（圖4（a））和管式減渦器（圖4（b））旋轉(zhuǎn)腔的壓力損失特性展開(kāi)了試驗(yàn)和數(shù)值研究。研究表明，管式減渦器容易理解和設(shè)計(jì)，但會(huì)出現(xiàn)增重和安裝問(wèn)題。非管式減渦器易于安裝，但流動(dòng)特性復(fù)雜，壓差隨流量成“S”型曲線分布，并且會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)滯后現(xiàn)象，造成渦輪盤(pán)腔內(nèi)短暫的溫度超高現(xiàn)象。

Peitsch等［2］（2002）對(duì)安裝管式減渦器的旋轉(zhuǎn)腔開(kāi)展數(shù)值研究。計(jì)算中選用適用于速度較小流動(dòng)的基于壓力求解器，結(jié)果表明，鼓筒孔進(jìn)口的小腔產(chǎn)生第一次壓力損失，從主流到減渦管進(jìn)口前的壓力損失明顯，進(jìn)口處減渦管對(duì)流體做功，進(jìn)口段總溫、總壓劇烈增加，沿管長(zhǎng)逐漸降低，出口后氣流壓力損失較大，應(yīng)避免氣流垂直沖擊低壓軸，增加偏流裝置。氣流射向軸心產(chǎn)生的渦明顯大于射向低壓軸，計(jì)算和試驗(yàn)中均應(yīng)保留低壓軸。采用CFD商業(yè)軟件和一維空氣系統(tǒng)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算程序得到的壓差和流量的變化曲線具有較好的一致性。

Gunther等［3］（2008）試驗(yàn)研究了四種形式的減渦器的壓力損失特性（圖3）。研究表明，自由腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)核心誘發(fā)大范圍的渦，造成較高的壓力損失，同時(shí)限制了旋轉(zhuǎn)腔的通流能力。四種結(jié)構(gòu)流動(dòng)特性相似，能夠有效阻止渦的產(chǎn)生，進(jìn)而降低旋轉(zhuǎn)腔內(nèi)的壓力損失。

Dleter［4］對(duì)管式減渦器以及Xiao-qin Du［5］對(duì)翅片式減渦器通過(guò)數(shù)值模擬的方法，均得到該結(jié)構(gòu)能有效地減少壓降。

綜上所述，國(guó)外針對(duì)徑向內(nèi)流旋轉(zhuǎn)腔的流動(dòng)特性和減阻特性進(jìn)行了大量的理論、試驗(yàn)和數(shù)值研究，許多成果已經(jīng)運(yùn)用于現(xiàn)役發(fā)動(dòng)機(jī)上。但國(guó)內(nèi)對(duì)于徑向內(nèi)流旋轉(zhuǎn)腔的流動(dòng)特性研究較少，對(duì)反旋孔的減阻特性研究也僅限于數(shù)值研究。由于反旋孔的S型曲線特性，對(duì)管式減渦器開(kāi)展試驗(yàn)和數(shù)值研究將有助于定量理解其減阻特性，為先進(jìn)引氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)思路，指導(dǎo)工程應(yīng)用。

1.3 減渦器原理分析

若氣流從壓氣機(jī)鼓筒孔直接引入壓氣機(jī)盤(pán)腔中，氣流在盤(pán)腔中以自由渦發(fā)展，氣流旋轉(zhuǎn)比與徑向半徑符合：

即氣流旋轉(zhuǎn)比與旋轉(zhuǎn)半徑平方成反比。其中：β為氣流旋轉(zhuǎn)比；β1為氣流入口旋轉(zhuǎn)比；r為旋轉(zhuǎn)半徑；r1為氣流入口半徑。

氣流在盤(pán)腔中壓力計(jì)算公式有：

其中：P為氣流靜壓；r為旋轉(zhuǎn)半徑；ρ為氣流密度；Vφ為氣流周向速度。

理想氣體狀態(tài)方程有：

因此有：

對(duì)方程（4）從減渦管入口至減渦管出口積分得：

其中：P1為氣流進(jìn)口靜壓；P2為氣流出口靜壓；w為旋轉(zhuǎn)角速度；β1為氣流入口旋轉(zhuǎn)比；r1為氣流入口半徑；r2為氣流出口半徑；T為氣流溫度；R為氣體常數(shù)。

根據(jù)方程（5）可知，隨著出口半徑r2減小，出口壓力P2減小。

若在旋轉(zhuǎn)盤(pán)腔中添加減渦器相關(guān)結(jié)構(gòu)，氣流在減渦器內(nèi)以強(qiáng)制渦形式發(fā)展，即旋轉(zhuǎn)比保持為1。則有：

根據(jù)方程（3）及（6）有：

對(duì)方程（7）從減渦管入口至減渦管出口積分得：

根據(jù)方程（5）和方程（8）可知，當(dāng)

則減渦器能提升出口壓力，達(dá)到減小壓降效果。

由于出口半徑r2小于入口半徑r1，根據(jù)方程（9）可知，只要?dú)饬魅肟谛D(zhuǎn)比β1大于r2／r1，則減渦器能有效地降低壓力損失，即提高出口壓力。通過(guò)方程（9）可以看出，氣流旋轉(zhuǎn)比對(duì)減渦管管長(zhǎng)、安裝位置等起到重要約束作用。

2 計(jì)算分析

本文對(duì)管式減渦器進(jìn)行三維計(jì)算分析，主要研究氣流流經(jīng)減渦器后其壓力變化情況，并對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化。減渦管為下端固定結(jié)構(gòu)，固定環(huán)位于盤(pán)腔下端，氣流在導(dǎo)葉根部通過(guò)動(dòng)靜葉縫進(jìn)入葉片根部腔中，經(jīng)壓氣機(jī)鼓筒上鼓筒孔進(jìn)入盤(pán)腔中，再經(jīng)減渦管引至空氣導(dǎo)管與盤(pán)腔的環(huán)形通道。將結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定簡(jiǎn)化后通過(guò)UG建立三維模型。計(jì)算模型為扇形區(qū)域，模型中含有一根減渦管。如圖5所示。

在含有旋轉(zhuǎn)件的流場(chǎng)計(jì)算中，計(jì)算域的設(shè)置對(duì)于模型收斂以及計(jì)算結(jié)果有重要影響。在減渦器流場(chǎng)計(jì)算中，主流道設(shè)置為靜止域，求解的是絕對(duì)坐標(biāo)系微分方程，從鼓筒孔進(jìn)口起為旋轉(zhuǎn)域，求解的是相對(duì)坐標(biāo)系微分方程。在轉(zhuǎn)靜交界面設(shè)定為Frozen Rotor。

高溫起飛工況是發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常工作的嚴(yán)峻工況，是空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)點(diǎn)。因此本文對(duì)減渦器工作于高溫起飛工況下進(jìn)行計(jì)算。

主流進(jìn)口給定流量邊界條件；主流出口給定壓力邊界條件；引氣出口給定流量邊界條件（以一維設(shè)計(jì)計(jì)算值為基礎(chǔ)）。本計(jì)算基于CFX，能量方程設(shè)定為T(mén)otal Energy；計(jì)算模型為SST。

在減渦管設(shè)計(jì)中，需要考慮的主要因素有：

（1）減渦管管長(zhǎng)、管徑、管數(shù)；

（2）鼓筒孔開(kāi)孔面積、方式、位置。

（3）來(lái)流氣體旋轉(zhuǎn)。

本文重點(diǎn)對(duì)減渦管管長(zhǎng)、鼓筒孔開(kāi)孔形式、來(lái)流氣流周向速度等進(jìn)行分析。

2.1 減渦管管長(zhǎng)分析

管式減渦器的管長(zhǎng)是設(shè)計(jì)中十分重要的參數(shù)，無(wú)管段壓氣機(jī)盤(pán)腔氣流以自由渦形式發(fā)展，管內(nèi)氣流以強(qiáng)制渦形式發(fā)展。管長(zhǎng)對(duì)引氣出口壓力產(chǎn)生重要影響。通過(guò)對(duì)不同管長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，監(jiān)測(cè)引氣出口壓力并分析流場(chǎng)，確定適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度。本節(jié)以鼓筒半徑為基準(zhǔn)，管長(zhǎng)與鼓筒半徑之比為減渦管無(wú)量綱管長(zhǎng)L。分別對(duì)無(wú)量綱管長(zhǎng)L為0.45、0.35、0.3、0.25、0.15、0.05進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算得到了r-z平面內(nèi)的結(jié)果云圖，圖6示出了0.45、0.35管長(zhǎng)的結(jié)果。

由圖6看出，盤(pán)腔內(nèi)存在復(fù)雜的渦系，其結(jié)構(gòu)隨管長(zhǎng)變化很大。當(dāng)管長(zhǎng)為0.45時(shí)，氣體進(jìn)入盤(pán)腔后向下流動(dòng)深入至管口以下位置，然后轉(zhuǎn)折向上進(jìn)入管口，其管口位于相對(duì)速度較大位置處，管口附近較大區(qū)域存在氣流的不均勻性，說(shuō)明流動(dòng)損失較大。管長(zhǎng)為0.35時(shí)，氣體進(jìn)入管口比較流暢，管內(nèi)氣流不均勻程度有明顯改善，此時(shí)流阻相對(duì)較小。

在主流進(jìn)口給定流量、主流出口給定壓力及引氣出口給定流量的邊界下，通過(guò)改變減渦管管長(zhǎng)，得到了管出口與進(jìn)口壓力的比值隨管長(zhǎng)的變化，結(jié)果如圖7所示，橫坐標(biāo)L為無(wú)量綱管長(zhǎng)。

結(jié)果表明，管長(zhǎng)為0.35時(shí)，出口靜壓最高。管長(zhǎng)在0.25～0.35范圍內(nèi)，出口保持較高靜壓，且變化很小。管長(zhǎng)小于0.25后，出口靜壓迅速下降，管長(zhǎng)0.15和0.05的出口靜壓比0.25時(shí)的值分別減小約7.4%和19.3%。管長(zhǎng)大于0.35后，出口靜壓有所降低，但變化較為平緩。

2.2 鼓筒孔形狀分析

氣流通過(guò)鼓筒孔時(shí)由靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，根據(jù)2.1節(jié)計(jì)算結(jié)果分析，通過(guò)鼓筒孔時(shí)壓力損失較大，2.1節(jié)計(jì)算是基于鼓筒孔為圓形時(shí)得到，為增大鼓筒開(kāi)孔面積，設(shè)置為圓孔時(shí)軸向距離占據(jù)較大，結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)有一定難度，長(zhǎng)圓形孔更易實(shí)現(xiàn)。本節(jié)將著重分析氣流經(jīng)長(zhǎng)圓形孔的流動(dòng)情況。

在保證開(kāi)孔面積相同條件下，圓孔改為周向長(zhǎng)圓形孔，如圖8所示。

同樣對(duì)長(zhǎng)度L為0.45、0.35、0.3、0.25、0.15、0.05進(jìn)行計(jì)算，得到如圖9所示的結(jié)果云圖。

從圖9可以看出，管長(zhǎng)為0.35的氣流流動(dòng)狀況優(yōu)于0.45的狀況。

圖10給出了鼓筒開(kāi)孔為周向長(zhǎng)圓形孔的狀況下進(jìn)出口壓比隨管長(zhǎng)的變化，并與圓形孔結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，橫坐標(biāo)L為無(wú)量綱管長(zhǎng)。

結(jié)果表明，鼓筒孔為長(zhǎng)圓形孔且在L小于0.45時(shí)氣流經(jīng)減渦管的壓損小于圓形孔狀況，即在相同流通面積情況下長(zhǎng)圓形孔優(yōu)于圓形孔。并可以發(fā)現(xiàn)，鼓筒孔為長(zhǎng)圓形孔時(shí)最佳管長(zhǎng)為0.25。

長(zhǎng)圓孔型能降低流阻的原因是：進(jìn)入盤(pán)腔的來(lái)流具有周向分速，上述孔型可以增大有效流通面積，減小流動(dòng)阻力。

2.3 來(lái)流氣流周向速度分析

在進(jìn)口無(wú)預(yù)旋開(kāi)孔為圓形孔時(shí)，管長(zhǎng)為0.3時(shí)最優(yōu)；在進(jìn)口無(wú)預(yù)旋開(kāi)孔為長(zhǎng)圓形孔時(shí)，管長(zhǎng)為0.25時(shí)最優(yōu)。在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)引氣中，通過(guò)高壓壓氣機(jī)導(dǎo)葉后引氣，氣流有一定的周向速度。本節(jié)以某型發(fā)動(dòng)機(jī)引氣位置S2流面參數(shù)為基準(zhǔn)，其進(jìn)口周向速度與軸向速度比為0.25，對(duì)不同管長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算分析結(jié)果如圖11所示。

由圖11可知，在進(jìn)口有周向速度時(shí)，管長(zhǎng)小于0.4的出口靜壓均小于無(wú)周向速度情況。而最佳管長(zhǎng)為0.3。由前文理論分析可以進(jìn)行解釋，即隨著進(jìn)口旋轉(zhuǎn)比的增加，最佳管長(zhǎng)則變長(zhǎng)。

因此以0.3作為進(jìn)口周向軸向速度比為0.25時(shí)最佳管長(zhǎng)。

2.4 進(jìn)口旋轉(zhuǎn)比對(duì)氣流溫度影響

在實(shí)際流動(dòng)中，進(jìn)口流動(dòng)周向速度可能并不穩(wěn)定，本節(jié)對(duì)不同氣流周向速度進(jìn)行研究。選定管長(zhǎng)為0.3，鼓筒上設(shè)置長(zhǎng)圓形孔，分析進(jìn)口氣流周向和軸向速度比Vφ／VZ為0.15、0.25和0.4的狀況。圖12和圖13分別給出了Vφ／VZ為0.15和0.4的壓力和溫度計(jì)算云圖，表1為3個(gè)不同周向速度的計(jì)算結(jié)果。

其中，T*w為相對(duì)總溫；T*為絕對(duì)總溫；u為轉(zhuǎn)子周向速度，Vφ為氣流周向速度。

可見(jiàn)，當(dāng)Vφ小于u的1／2時(shí)，氣流由絕對(duì)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化至相對(duì)坐標(biāo)系，相對(duì)總溫相比絕對(duì)總溫會(huì)提高。且隨著氣流周向速度的增加，相對(duì)總溫會(huì)有所減小。因此可以得到，隨著進(jìn)口周向速度的增加（該周向速度使得鼓筒孔進(jìn)口的周向速度小于0.5u），氣流通過(guò)鼓筒孔后相對(duì)總溫有所下降。

減渦管及盤(pán)腔中根據(jù)能量方程有：

由表1可知，隨著進(jìn)口周向速度的增加，引氣出口靜壓有所下降，同時(shí)引氣出口相對(duì)總溫下降。

（1）出口相對(duì)總溫變化

隨著進(jìn)口旋轉(zhuǎn)速度的增加，在進(jìn)入旋轉(zhuǎn)盤(pán)腔中旋轉(zhuǎn)比有所增加，因此從絕對(duì)溫度換算為相對(duì)溫度時(shí)，有：

因此在盤(pán)腔和減渦管中氣流相對(duì)總溫降是一定的，可得到：隨著進(jìn)口周向速度的增加（該周向速度使得鼓筒孔進(jìn)口的周向速度小于0.5u），減渦管出口溫度逐漸減小。

（2）出口靜壓變化

隨著進(jìn)口周向速度的增加，在固定管長(zhǎng)下出口靜壓逐漸減小。這可能是由于在沒(méi)有周向速度時(shí)，最佳管長(zhǎng)為0.3。隨著周向速度的增加，最佳管長(zhǎng)應(yīng)該增加。因此在管長(zhǎng)恒為0.3時(shí)，隨著周向速度增加，離最佳管長(zhǎng)越大，導(dǎo)致壓降更大，出口靜壓減小。

2.5 一維計(jì)算分析對(duì)比

圖14為一維計(jì)算與三維計(jì)算的對(duì)比，其縱坐標(biāo)為出口靜壓與主流道進(jìn)口總壓之比?？芍?，相同管長(zhǎng)時(shí)一維計(jì)算的壓比高于三維計(jì)算，這說(shuō)明一維計(jì)算的流阻小于三維計(jì)算。其中三維計(jì)算包括長(zhǎng)圓形孔以及圓形孔?？梢钥闯?，圓形孔損失比長(zhǎng)圓形孔損失更大，且有周向速度時(shí)，其損失略大于無(wú)周向速度。最佳管長(zhǎng)在各個(gè)工況計(jì)算下，處于0.25～0.35范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

本文對(duì)減渦器的特性分別用CFX完成三維計(jì)算和用Flownet完成一維計(jì)算，計(jì)算中用到的主流通道參數(shù)來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)高溫起飛狀態(tài)S2流面計(jì)算結(jié)果，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可得如下結(jié)論：

1）通過(guò)理論分析與CFX計(jì)算發(fā)現(xiàn)，減渦管存在最佳管長(zhǎng)。對(duì)無(wú)量綱管長(zhǎng)為0.05、0.15、0.25、0.3、0.35以及0.45和CFX計(jì)算得到最佳管長(zhǎng)處于0.25～0.35之間，此管長(zhǎng)范圍內(nèi)使減渦器出口靜壓最高。

2）通過(guò)對(duì)比兩種鼓筒孔（即同等面積的圓形孔和長(zhǎng)圓形孔）計(jì)算結(jié)果可以得到：鼓筒上設(shè)置周向長(zhǎng)圓形孔比圓形的流動(dòng)損失更小。

3）Flownet計(jì)算結(jié)果可以看出，存在最佳管長(zhǎng)。通過(guò)理論分析得到，在入口旋轉(zhuǎn)比為0.4時(shí)，最佳管長(zhǎng)為0.25～0.3，此時(shí)出口壓力最高，通過(guò)的流量最大。

在三維計(jì)算分析中，提出很多需進(jìn)一步分析結(jié)果：

1）鼓筒孔為長(zhǎng)圓形孔時(shí)，氣流在進(jìn)口無(wú)周向速度時(shí)，管長(zhǎng)為0.25；有周向速度時(shí)，其最佳管長(zhǎng)為0.3。最佳管長(zhǎng)與氣流進(jìn)口周向速度密不可分。

2）鼓筒開(kāi)孔面積越大，氣流通過(guò)孔的損失越小；但通過(guò)初步分析結(jié)果可以推斷，鼓筒孔面積開(kāi)至一定大小后，損失將不發(fā)生變化，在后期可對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步研究，同時(shí)鼓筒孔面積需考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

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Flow Resistance Characteristics of Vortex Reducer Com putation and Analysis

WU Li-jun，CHEN Xiao，DENG Shuang-guo，LIU Yu-fang
（Avic commercial aircraft engine Co.，Ltd.，Shanghai201108，China）

Turbine blade cooling air of aero-engine is bleed from high pressure compressor，which flow into blade through core engine inside.Vortex Reducer bleed system is introduced in this paper，which contain theory of vortex Reducer and structure of vortex reducer.The flow characteristic in Different length of tubes，bleed holes and tangential velocity is analyzed emphasis.The results of3D and 1D are compared in this paper.As a result，flow loss isminimum in optimal tube length of vortex reducer.The optimal tube length is different in different hole form and mainstream parameter.

air system；vortex reducer；optimal tube length

TK472

A

1009-2889（2014）03-0037-07

2013-11-26改稿日期：2014-01-06

吳麗軍（1987-），男，工學(xué)碩士，主要工作內(nèi)容為航空發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，E-mail：wulijunacae＠163.com。