斜切对抑制引射式波瓣喷管内部流动分离的效果研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252013V01．34No．2255．262ISSN1000．6893CN11-1929／Vht。。：p：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．ca斜切对抑制引射式波瓣喷管内部流动分离的效果研究潘丞雄，张靖周*，单勇南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016摘要：为了了解大扩张波瓣流动分离及其控制方法，对引射式波瓣混合器的扩张角与波瓣内部流动分离的关系进行了研究，得到了引射式波瓣混合器出现分离的临

2、界瓣角，进而提出了对存在流动分离的波瓣喷管进行斜切处理的方法，有效地抑制了引射式大扩张角波瓣喷管主流侧瓣顶内存在的流动分离现象，同时还对斜切波瓣与存在流动分离的基准波瓣喷管的引射系数和波瓣出口处的总压损失进行了研究。总的来看，对于存在主流侧流动分离的引射式大瓣角波瓣喷管而言，斜切处理一种是提高其引射效果、降低流动损失的合理方案。关键词：波瓣；引射；流动分离；斜切；数值模拟中图分类号：V231文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)02—0255—08波瓣喷管作为一种典型的流体混合器，在广泛的工程领域内拥有

3、很高的实用价值，其中较为典型的应用包括对喷气式飞机发动机的引射增推[1]、用于大涵道比涡轮风扇发动机的排气系统中以降低飞行的噪声[2]、在中低涵道比的涡轮风扇发动机的内外涵道混合器中用以加强内外涵道气流的掺混效果[3。4]、用于直升机的排气系统中以达到降低直升机排气系统红外辐射强度的目的[5邛1等，波瓣喷管在各个应用领域内无不显示出其优越的气动性能和较强的掺混能力[7]。前人的研究结果表明[8‘1⋯，波瓣混合器主次流掺混能力与波瓣扩张角的大小直接相关，在波瓣主流侧流体流动不发生分离的前提下，扩张角越大则其掺混的能力越强

4、，该趋势直到波瓣主流侧流体流动发生分离后开始出现拐点。在实际应用中，为了缩减混合器的轴向长度，有时会采用短突扩型波瓣混合器，此时波瓣扩张角往往较大，易引起流动的分离，必须采取有效的措施[1卜13

5、，抑制波瓣混合器内流动分离现象的产生和发展。针对某型存在分离的大扩张角波瓣混合器，通过在其流动分离的临界位置及上下游斜切处理以探讨减弱甚至消除大扩张角波瓣混合器内部流动分离的现象从而提高大扩张角波瓣型混合器引射性能的合理方案。1物理模型本文所讨论的物理模型如图1(a)所示，高温高速的主流通过波瓣型引射混合器流入一个大气外场空间

6、。模型结构的基本参数为：波瓣型混合器进口直径为400mm，波瓣型面与混合器直段光滑过度，且保持波瓣出口截面与直段截面积相等，波瓣混合器共12瓣，沿周向均匀布置，瓣宽收稿日期：2012—03．09；退修日期：2012．05—09；录用日期：2012-07-06；网络出版时间：2012-07-3115：35网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20120731．1535．003htmI基金项目：江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(OXZZI1—0222)X-通讯作者．Te

7、l．：025—84895909E-mail：zhangjz@nuaa．eduon歌甩器武

8、PanCX，ZhangJZtShanY．Research017surpressingflowseparationoflobedmixer-ejectorbyscarfingtreatment．ActaAero—nauticaetAstronauticaSinica．2013．34(2)：255—262i潘丞雄．张靖属，单勇．斜切对抑钢瓢射武渡瓣喷管内部流动分离的效果研究．航空学报，2813，34(2)：255—262．航空学报6=

9、40mm，瓣高h一200mm，瓣长z可调以实现不同的波瓣扩张角，波瓣内直径Di。一200mm，外直径D叭n=600mm，上下瓣角口相同；波瓣混合器外侧套筒直径为640mm；大气外场空间直径为3000mm，长为4000mm。由于该结构为周期性结构，为节约计算资源，本文模拟时仅计算了该结构的1／12区域，如图1(b)所示。波瓣的具体结构如图2所示。图1波瓣引射器物理模型Fig．1Physicalmodeloflobedmixer—ejector图2波瓣具体结构Fig．2Detailsoflobednozzle针对某型存在分

10、离的波瓣型混合器(如图3(a)所示)，通过在其流动分离的临界位置及上下游斜切(如图3(b)所示)处理以求减弱甚至消除(a)Lobe(b)Scarfedlobe图3波瓣处理的示意图Fig．3Schematicoflobetreatment其内部流动分离的现象从而提高大扩张角波瓣型混合器的引射性能。对波瓣采取斜切处理的思想在于不对分离