0 引言

APU的主要功能為向發(fā)動(dòng)機(jī)上的空氣起動(dòng)機(jī)提供壓縮空氣、向環(huán)控系統(tǒng)提供壓縮空氣以及提供輔助交、直流電源。其進(jìn)氣系統(tǒng)用于保證在各種工作狀態(tài)和工作條件下，提供APU工作所需的空氣，同時(shí)對(duì)APU艙內(nèi)的設(shè)備和附件進(jìn)行冷卻。APU艙外的空氣進(jìn)入艙內(nèi)后，依靠APU的自吸作用及排氣管的引射作用連續(xù)不斷地引入新鮮氣源。

合理的進(jìn)氣道設(shè)計(jì)已成為影響APU性能的關(guān)鍵因素之一，工程實(shí)際中曾出現(xiàn)APU地面起動(dòng)不成功、APU地面和空中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，出現(xiàn)喘振現(xiàn)象、APU空中起動(dòng)高度不高等問(wèn)題，后雖經(jīng)設(shè)計(jì)改進(jìn)解決問(wèn)題，但其過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)及飛機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)度。因此對(duì)進(jìn)氣道進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真、提前發(fā)現(xiàn)并解決可能出現(xiàn)的問(wèn)題至關(guān)重要。

某型APU因進(jìn)氣形式改變，需重新設(shè)計(jì)進(jìn)氣道。根據(jù)APU進(jìn)氣口位置及艙內(nèi)空間，依次設(shè)計(jì)了腹下埋入式進(jìn)氣道及側(cè)向皮托式進(jìn)氣道，對(duì)兩種型式的進(jìn)氣道分別進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真及優(yōu)化，仿真結(jié)果表明側(cè)向皮托式進(jìn)氣道氣動(dòng)性能較好，滿足設(shè)計(jì)要求。

1 進(jìn)氣道概述

APU進(jìn)氣道主要用來(lái)向其供應(yīng)所需的空氣，并將迎面流入的高速氣流進(jìn)行適當(dāng)減速，使空氣預(yù)壓縮，在各種工作狀態(tài)下，以最小的流動(dòng)損失，將足夠量的空氣，引入壓氣機(jī)。根據(jù)進(jìn)氣道的功能及要求，通常衡量進(jìn)氣道的主要性能參數(shù)包括總壓恢復(fù)系數(shù)、沖壓比、畸變指數(shù)等。

1.1 總壓恢復(fù)系數(shù)

1.2 沖壓比

潞新礦區(qū)特殊煤巖特性產(chǎn)生的沖擊性載荷導(dǎo)致巷道強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)頻發(fā)并引起大變形，針對(duì)此情況，從煤層地質(zhì)力學(xué)特性出發(fā)，運(yùn)用數(shù)值模擬和理論分析，探索巷道變形機(jī)理，尋求沖擊性大變形巷道的控制技術(shù)。

計(jì)算域的入口邊界條件設(shè)定為壓力遠(yuǎn)場(chǎng)邊界（Pressure far field），計(jì)算域出口為壓力出口邊界（Press Outlet），飛機(jī)蒙皮及所有進(jìn)氣道壁面均設(shè)置為絕熱，采用無(wú)滑移邊界條件，壁面粗糙度為0。

1.3 畸變指數(shù)

腹下埋入式進(jìn)氣道進(jìn)氣口位于APU正下方，根據(jù)APU艙內(nèi)布局及空間，設(shè)計(jì)進(jìn)氣道寬度為235mm，喉道高度為220mm，擴(kuò)張比為1.2，內(nèi)通道面積變化采取前緩后急的變化規(guī)律，并在內(nèi)通道彎曲處設(shè)置兩塊整流葉片，如

2 數(shù)值模擬基礎(chǔ)

2.1 控制方程

控制方程由流體遵循的三大基本物理定律對(duì)應(yīng)的方程而來(lái)，三大定律包括質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量定理（牛頓第二定律）以及熱力學(xué)第一定律，對(duì)應(yīng)的方程分別為連續(xù)方程、動(dòng)量方程以及能量方程。對(duì)于所有的流動(dòng)，F(xiàn)luent都需要解質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒方程。當(dāng)流動(dòng)包含可壓縮性質(zhì)時(shí)，則需要解能量守恒的附加方程。三個(gè)方程組成的方程組則為控制方程，即N-S方程組，通常牛頓流體的所有流動(dòng)現(xiàn)象都按照N-S方程組所確定的規(guī)律進(jìn)行，以下為三個(gè)方程的微分形式。

2.1.1 連續(xù)方程

2.1.2動(dòng)量方程

分析(Analyzing)和評(píng)價(jià)(Evaluating)：第四學(xué)年設(shè)置臨床藥物治療學(xué)實(shí)踐Ⅲ、Ⅳ和模擬藥房實(shí)訓(xùn)Ⅱ[6]，讓學(xué)生掌握注射劑的配制、治療藥物監(jiān)測(cè)、藥學(xué)信息服務(wù)、體格檢查、心肺復(fù)蘇、藥學(xué)監(jiān)護(hù)等臨床藥學(xué)基本技能，利用臨床藥學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本技能評(píng)價(jià)安全、有效、合理、經(jīng)濟(jì)的藥物治療。

2.1.3 能量方程

2.2 湍流模型

層流運(yùn)動(dòng)和湍流運(yùn)動(dòng)本質(zhì)上有很大區(qū)別，體現(xiàn)在流體力學(xué)基本方程組上就是前者的方程組是封閉的，而后者的方程組并不封閉，這是因?yàn)橥牧鬟\(yùn)動(dòng)的方程組中時(shí)間平均或網(wǎng)格平均等的存在。CFD中的湍流模型就是為了封閉新未知量而產(chǎn)生的，F(xiàn)luent中提供了多種湍流模型，對(duì)湍流模型的選擇需要考慮待解決問(wèn)題的類型、流動(dòng)的物理機(jī)理、特定類型問(wèn)題的以往實(shí)踐、要求的精度級(jí)別、現(xiàn)有的計(jì)算資源和模擬所允許的時(shí)間等因素。本文中綜合以上因素，選取SA一階方程作為計(jì)算湍流模型，該模型主要應(yīng)用于空氣動(dòng)力學(xué)流動(dòng)問(wèn)題，對(duì)內(nèi)存要求不高，且具有良好的收斂性，能夠保證計(jì)算精度。

3 進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方案

略論財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)理論與實(shí)際相結(jié)合創(chuàng)新——高校財(cái)會(huì)教材適應(yīng)發(fā)展更新 ………………………………… 覃正納 劉迎春（1/72）

3.1 腹下埋入式進(jìn)氣道

目前亞音速進(jìn)氣道中，埋入式進(jìn)氣道具有與APU融為一體，能大幅減小迎風(fēng)面積，降低迎風(fēng)阻力的優(yōu)點(diǎn)，側(cè)向皮托式進(jìn)氣道因長(zhǎng)度縮短，具有在設(shè)計(jì)中易滿足總體布局要求及能夠獲得較高的總壓恢復(fù)系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，兩種進(jìn)氣道設(shè)計(jì)及性能的研究均受到了廣泛的關(guān)注。因此針對(duì)該型APU，本文依次設(shè)計(jì)了腹下埋入式進(jìn)氣道及側(cè)向皮托式進(jìn)氣道，并對(duì)其進(jìn)行仿真計(jì)算，以得出適合的進(jìn)氣道方案。

3.2 側(cè)向皮托式進(jìn)氣道

側(cè)向皮托式進(jìn)氣道的進(jìn)氣口位于APU兩側(cè)位置，并在進(jìn)氣道入口處增加一個(gè)可以控制開(kāi)關(guān)的外罩，外罩高度為280mm，張角為27°，進(jìn)氣道寬度為210mm，喉道高度為220mm，擴(kuò)張比為1.5，在內(nèi)通道彎曲較為劇烈的部位設(shè)置了兩個(gè)整流葉片，如圖2所示。

在地質(zhì)遺跡調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的冰臼大多屬于側(cè)洞冰臼，就是冰臼的開(kāi)口朝向旁側(cè)，與山頂部位開(kāi)口向上的冰臼相區(qū)別。朗鄉(xiāng)花崗巖石林地質(zhì)公園是側(cè)洞冰臼分布最多的地區(qū)。

4 計(jì)算模型

上文的工作為進(jìn)氣道的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論方法，但數(shù)值模擬還依賴于合理的計(jì)算域模型，本章闡述了進(jìn)氣道計(jì)算模型的建立過(guò)程，其中包括計(jì)算域邊界條件的選取依據(jù)和計(jì)算域的網(wǎng)格劃分。

4.1 計(jì)算域選取

在對(duì)流場(chǎng)變量進(jìn)行求解時(shí)，需要使其在計(jì)算邊界上滿足一定的數(shù)學(xué)物理?xiàng)l件，這個(gè)條件就是邊界條件。邊界條件和初始條件的聯(lián)合稱為定解條件，只有兩者都確定后，流場(chǎng)的數(shù)值模擬計(jì)算才能成立，并且有唯一解。對(duì)APU進(jìn)氣道外部流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，需設(shè)置的邊界條件包括：入口邊界、出口邊界以及壁面邊界。

4.2 計(jì)算域網(wǎng)格劃分

采用ICEM軟件對(duì)進(jìn)氣道涉及內(nèi)外流場(chǎng)的計(jì)算域進(jìn)行了分區(qū)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成。在進(jìn)氣道進(jìn)口、喉道、擴(kuò)張段近壁區(qū)以及其它型面變化較為劇烈的區(qū)域，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行加密處理。最終1/2模型網(wǎng)格單元數(shù)目約為560萬(wàn)。腹下埋入式進(jìn)氣道計(jì)算域網(wǎng)格如圖3所示。

4.3 計(jì)算域邊界條件

以腹下埋入式進(jìn)氣道為例，選15倍氣動(dòng)弦長(zhǎng)的橢圓周面、機(jī)身蒙皮、進(jìn)氣道壁面構(gòu)成的封閉區(qū)域?yàn)橛?jì)算域，計(jì)算域內(nèi)部的流體空間主要介質(zhì)為空氣。

一是建設(shè)三個(gè)水循環(huán)體系。為緩解平原河網(wǎng)水體水動(dòng)力條件不足和南部地區(qū)缺少清水水源問(wèn)題，張家港市先后投入近40億元推進(jìn)骨干河道改造工程建設(shè)，建成了中部水循環(huán)體系，東部、西部水循環(huán)體系正在建設(shè)之中。同步推進(jìn)城鄉(xiāng)二級(jí)河網(wǎng)與骨干河道的互連互通整治。二是大力實(shí)施水環(huán)境綜合整治工程。大力推進(jìn)河道周期性疏浚，積極開(kāi)展黑臭河道治理和生態(tài)河道創(chuàng)建，強(qiáng)化各類河道保潔措施，大力推進(jìn)“河長(zhǎng)制”。三是實(shí)施河道藍(lán)線控制。頒布和實(shí)施《張家港市河道藍(lán)線管理辦法》，對(duì)藍(lán)線內(nèi)的土地和水域?qū)嵤﹪?yán)格管理。

5 計(jì)算結(jié)果分析

5.1 腹下埋入式進(jìn)氣道

對(duì)腹下埋入式進(jìn)氣道方案進(jìn)行數(shù)值仿真，對(duì)稱面的馬赫云圖如圖4所示，此時(shí)分離包較小，流場(chǎng)整體較為均勻。進(jìn)氣道出口截面的總壓分布如圖5所示，由于整流葉片的存在，高總壓區(qū)分為兩塊，靠近上壁面，下壁面處總壓較低。在飛行條件下進(jìn)氣道出口流量近似目標(biāo)流量的2倍，出口馬赫數(shù)為0.202，總壓恢復(fù)系數(shù)為0.772，沖壓比為1.072，出口畸變?yōu)?.7%，進(jìn)氣道性能較差。

早餐是父親做的，煎蛋、豆?jié){，還有幾個(gè)熱乎乎的包子。我一眼便認(rèn)出那幾個(gè)包子是原來(lái)上中學(xué)時(shí)，校門口那家的。我非常喜歡吃他們家的包子，后來(lái)上大學(xué)，偶爾回來(lái)，父親一大早便騎上自行車，給我買回來(lái)?，F(xiàn)在，父親老了，騎不動(dòng)車子了，一定是早上趕了好遠(yuǎn)的路才買回來(lái)的。

對(duì)初始方案進(jìn)行改進(jìn)，增大進(jìn)氣道寬度為245mm，擴(kuò)張比為1.3，同時(shí)為使出口流量接近目標(biāo)流量，在出口處增加了堵錐，其余參數(shù)無(wú)變化。在飛行條件下進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)為0.232，總壓恢復(fù)系數(shù)為0.782，沖壓比為1.0918，出口畸變?yōu)?.66%。加堵錐后出口流量有效降低，略高于目標(biāo)流量，但若繼續(xù)進(jìn)錐，使得出口流量進(jìn)一步下降趨于目標(biāo)流量的話，計(jì)算過(guò)程中殘差以及出口流量會(huì)產(chǎn)生震蕩，不利于后續(xù)的計(jì)算，進(jìn)氣道性能較差。依次改變進(jìn)氣道寬度為250mm、230mm并進(jìn)行仿真，進(jìn)氣道氣動(dòng)性能均未得到改善，不滿足要求。

5.2 側(cè)向皮托式進(jìn)氣道

對(duì)側(cè)向皮托式進(jìn)氣道進(jìn)行數(shù)值仿真，對(duì)稱面的馬赫云圖如圖6所示，出口截面的總壓分布如圖7所示。進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)為0.130，總壓恢復(fù)系數(shù)為0.861，沖壓比為1.189，出口畸變?yōu)?.1%，可滿足設(shè)計(jì)要求。相比于腹下埋入式進(jìn)氣道，側(cè)向皮托式進(jìn)氣道的總壓恢復(fù)系數(shù)和出口畸變均顯著提高，進(jìn)氣道氣動(dòng)性能整體較好，可滿足設(shè)計(jì)要求。

更改喉道高度為210mm，其它參數(shù)不變，對(duì)改進(jìn)后的方案進(jìn)行仿真，在飛行條件下進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)為0.123，總壓恢復(fù)系數(shù)為0.863，沖壓比為1.196，出口畸變?yōu)?.67%。與初始側(cè)向皮托式進(jìn)氣道方案相比，進(jìn)氣道性能稍有改善。

對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造采用手動(dòng)“1拖2”方式，即每臺(tái)機(jī)組增加1臺(tái)高壓變頻器，正常運(yùn)行時(shí)運(yùn)行泵變頻運(yùn)行，備用泵工頻備用，變頻、工頻切換方式為手動(dòng)切換，一次原理圖如圖2所示。

通過(guò)腹下埋入式進(jìn)氣道及側(cè)向皮托式進(jìn)氣道的仿真計(jì)算及對(duì)不同設(shè)計(jì)參數(shù)下進(jìn)氣道性能及流場(chǎng)的研究可知，側(cè)向皮托式進(jìn)氣道的氣動(dòng)性能較好，且滿足該型APU設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論

APU進(jìn)氣系統(tǒng)工作研究是APU設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，本文針對(duì)APU依次設(shè)計(jì)了腹下埋入式進(jìn)氣道及側(cè)向皮托式進(jìn)氣道，并對(duì)其進(jìn)行了仿真計(jì)算。根據(jù)仿真結(jié)果，側(cè)向皮托式進(jìn)氣道氣動(dòng)性能可滿足設(shè)計(jì)要求，但由于結(jié)構(gòu)空間的限制，該型式進(jìn)氣道進(jìn)口導(dǎo)流段長(zhǎng)度較短，導(dǎo)致拐彎不夠平滑，兩側(cè)進(jìn)氣形式在匯聚之后會(huì)增加額外的摻混損失，這些不利因素會(huì)導(dǎo)致上游氣流進(jìn)入內(nèi)通道之后發(fā)生流動(dòng)分離，導(dǎo)致進(jìn)氣道畸變?cè)?。后續(xù)需對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的影響開(kāi)展精細(xì)化研究，以獲得較優(yōu)的進(jìn)氣道方案。

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