一种基于航空煤油流动特性的汽蚀流动数值预测方法与流程

本申请属于飞机油箱燃油流动仿真领域，特别涉及一种基于航空煤油流动特性的汽蚀流动数值预测方法。

背景技术：

1、泵是航空发动机燃油系统中的重要组成部分，其性能对航空发动机的可靠、稳定运行具有重大影响。航空煤油与流体机械常用仿真介质(水)在物理性质上存在较大差异，针对水等介质建立的数值计算模型并不能完全适用于航空领域。另一方面，考虑到工作环境为高温低压、且具有流量大、转速高等特点，泵及管路内易发生汽蚀，影响燃油系统的工作效率，甚至危害燃油系统的正常运行，并且，关于泵类的仿真往往不是针对实际的进出口流道，因此常规仿真数据的预测结果准确性较低。因此对于航空煤油的在泵、及燃油管路内流动的仿真，建立高准确性的数值仿真十分必要。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请设计一种基于航空煤油流动特性的汽蚀流动数值预测方法，以在设计油箱内泵的布置位置、管路敷设形状，同时为油箱增压值的确定方面提供数据支撑。

2、本申请提供的基于航空煤油流动特性的汽蚀流动数值预测方法，主要包括：

3、步骤s1、构建泵及与泵连接的管路的几何模型并划分网格，形成流域；

4、步骤s2、构建在泵及管路中流动的流体的流体力学模型；

5、步骤s3、构建用于表示泵及管路中流动发生湍流的湍流模型及发生蒸发或凝结的气蚀模型；

6、步骤s4、设置单相定常流动的边界条件并计算，获得单相结果；

7、步骤s5、以所述单相结果作为初始条件，进行考虑汽蚀的定常汽蚀流动数值计算，得到两相定常数值计算结果，分别改变管路进口压力，出口质量流量，得到不同工况下的汽蚀性能与流场特性；

8、步骤s6、以两相定常数值计算结果作为初值，进行瞬态非定常汽蚀流动数值计算，并获得计算结果，从所述计算结果中获得流场结构与汽蚀随时间的动态变化过程。

9、优选的是，步骤s1进一步包括：

10、步骤s11、利用三维建模软件建立泵的泵几何模型，并将所述泵几何模型导入网格划分软件中，以实现结构化网格划分；

11、步骤s12、根据管路的具体尺寸，在三维建模软件中建立进口段和出口段的管路三维模型，并将所述管路三维模型导入网格划分软件中进行网格划分，对靠近泵位置的网格进行加密。

12、优选的是，在步骤s11中，泵的三维建模软件使用blade gen，对应的网格划分软件使用ansys turbo grid或者ansys icem；在步骤s12中，管路的三维建模软件使用catia、pro e或者solid works，对应的网格划分软件使用ansys icem或者mesh。

13、优选的是，步骤s2中，构建的所述流体力学模型包括流体质量方程与流体动量方程。

14、优选的是，步骤s3中，所述湍流模型为滤波器湍流模型，并基于高速旋转参数对滤波器湍流模型中的湍动能生成项进行修正。

15、优选的是，步骤s3进一步包括，通过所述湍流模型中的湍动能以及热力学物质属性随温度变化的函数对所述气蚀模型的气化压强进行修正。

16、优选的是，所述热力学物质属性随温度变化的函数根通过以下方式获得：

17、根据实验数据估计流场内部温度变化范围；

18、拟合低温介质物质属性在变化范围内的温度变化，得到热力学物质属性随温度变化的函数。

19、优选的是，步骤s4进一步包括：

20、在计算流体动力学软件中，设置边界条件，进口处平均静压、出口处质量流量、泵表面和流域边界均为无滑移壁面、动静交界面位置设置interface面，泵流域设置为旋转域；同时，不考虑流场特性参数随时间的变化，不考虑汽蚀，利用计算流体动力学求解器进行单相定常流场数值计算，得到数值计算的单相结果。

21、本申请不仅能够获得准确的流场特性分布，更重要的是能够对流场作用下汽蚀的动态发展过程进行评估，辅助进行泵及管路的设计布置及优化，节省设计、实验成本和时间。

技术特征：

1.一种基于航空煤油流动特性的汽蚀流动数值预测方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于航空煤油流动特性的汽蚀流动数值预测方法，其特征在于，步骤s1进一步包括：

3.如权利要求2所述的基于航空煤油流动特性的汽蚀流动数值预测方法，其特征在于，在步骤s11中，泵的三维建模软件使用blade gen，对应的网格划分软件使用ansys turbogrid或者ansysicem；在步骤s12中，管路的三维建模软件使用catia、pro e或者solidworks，对应的网格划分软件使用ansysicem或者mesh。

4.如权利要求1所述的基于航空煤油流动特性的汽蚀流动数值预测方法，其特征在于，步骤s2中，构建的所述流体力学模型包括流体质量方程与流体动量方程。

5.如权利要求1所述的基于航空煤油流动特性的汽蚀流动数值预测方法，其特征在于，步骤s3中，所述湍流模型为滤波器湍流模型，并基于高速旋转参数对滤波器湍流模型中的湍动能生成项进行修正。

6.如权利要求1所述的基于航空煤油流动特性的汽蚀流动数值预测方法，其特征在于，步骤s3进一步包括，通过所述湍流模型中的湍动能以及热力学物质属性随温度变化的函数对所述气蚀模型的气化压强进行修正。

7.如权利要求6所述的基于航空煤油流动特性的汽蚀流动数值预测方法，其特征在于，所述热力学物质属性随温度变化的函数根通过以下方式获得：

8.如权利要求1所述的基于航空煤油流动特性的汽蚀流动数值预测方法，其特征在于，步骤s4进一步包括：

技术总结
本申请属于飞机油箱燃油流动仿真领域，特别涉及一种基于航空煤油流动特性的汽蚀流动数值预测方法。该方法包括步骤S1、构建泵及管路的几何模型并划分网格；步骤S2、构建在泵及管路中流体的流体力学模型；步骤S3、构建湍流模型及气蚀模型；步骤S4、设置单相定常流动的边界条件并计算，获得单相结果；步骤S5、以所述单相结果作为初始条件，进行考虑汽蚀的定常汽蚀流动数值计算，得到两相定常数值计算结果；步骤S6、以两相定常数值计算结果作为初值，进行瞬态非定常汽蚀流动数值计算，获得流场结构与汽蚀随时间的动态变化过程。本申请能够获得准确的流场特性分布，辅助进行泵及管路的设计布置及优化。

技术研发人员：潘俊屹,李征鸿,佟晓龙,肖蕾,周梓桐
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12