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航空航天科学与工程
高马赫数涡轮发动机射流预冷特性研究
以气液相变冷却机制为切入点,开展高空模拟试验进气预冷段内水-液氧射流冷却的数值分析,考虑真实雾滴颗粒运动的热力现象,基于欧拉-拉格朗日多相流方法解析气液两相热质传输过程,分析水-液氧混合射流对高马赫数涡轮发动机预冷段内流动及换热特性的影响规律。结果表明,水-液氧射流雾化蒸发的效果具有即时性,基于水雾-水蒸汽比热大和汽化焓高的特点,水雾浓度对主流总温降和总压恢复占主导性;而液氧浓度有利于降低湿空气的热流密度。在射流浓度2%~8%时,预冷段总压降系数为0.84%~1.27%,总温降系数为2.15%~15.12%,即温降为12.92~90.89K。为平衡高空高马赫数时冷却水和液氧的需求,需控制水-液氧的射流比例,建议液氧射流量小于60%的总射流浓度。在"40%水~60%液氧"的射流比例时预冷段内流动和传热特性达到局部最优。在发动机物理转速不变时,射流冷却后预冷段内湿空气来流质量流量增幅0.22%~9.39%,其中空气和水蒸汽含量的贡献份额分别约为71.8%和28.2%。因此,射流预冷有利于涡轮发动机在高马赫数时具有更高的加速度。
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2021年10期
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