泛结构条件下轴承腔油气两相流动的模化方法分析.doc

泛结构条件下轴承腔油气两相流动的模化方法分析.doc泛结构条件下轴承腔油气两相流动的模化方法分析航空发动机轴承腔( 下文简称轴承腔) 是航空发动机转子支承系统中的重要部件, 其工作性能优劣影响到航空发动机的可靠性和寿命. 用于润滑冷却功用的润滑油与防止润滑油泄漏的密封空气在轴承腔中形成油气两相流动, Wlttlg 等研制了轴承腔油气两相流动及换热分析的试验台,测量了轴承腔壁面油膜厚度和腔内温度,并计算了轴承腔壁面/ 润滑介质的局部表面传热系数开始, 己有不少学者开展了轴承腔油气两相流动的相关研究. 之后的研究工作主要是以 Wlttlg 试验台确定的简化轴承腔结构为基础展开的,包括腔内油膜厚度和速度的计算, 壁面/ 润滑介质传热系数的工况影响分析及腔内油气两相流动的数值模拟等. 迄今的轴承腔油气两相流动分析大多基于简化结构和工况参数面开展, 虽说简化结构轴承腔使得理论分析较为简单, 但毕竟忽略了轴承腔的工程特点, 其研究只能反映个别结构及工况条件下概念或标准型的轴承腔的两相流动特性, 难以应对指导轴承腔工程设计的需求. 当然,遍及不同航空发动机型号的每一个轴承腔都进行理论和试验研究, 存在着受制于计算和试验成本、测试空间、测试精度及测试安全性等因素的限制; 若简单将个别轴承腔的研究移植或映射到其他轴承腔分析设计中, 又因轴承腔的多样性和复杂性难以保证分析设计的可靠性. 因此,解决轴承腔理论与试验研究中普适性与可行性之间的矛盾,建立轴承腔工程结构与分析模型之间的映射关系与方法,是很有益和必要的工作. 本文以反映轴承腔油气两相流动物理本质的控制方程为基础, 采用方程分析法建立轴承腔油气两相流动相似准则, 基于实际结构及工况条件下轴承腔与模化轴承腔油气两相流动几何和力学相似, 提出描述实际结构及工况条件下轴承腔油气两相流动的模化模型,实现不同结构及工况条件下轴承腔油气两相流动的“共性”分析. ,某些腔壁有倾角,腔体几何尺寸也要大些. 由于远离航空发动机热区,压气机轴承腔的进油、进气及环境温度都较低. 涡轮轴承腔结构较规则且腔体几何尺寸较小,但因多处于航空发动机热区,其进油、进气及环境温度较高, 另外其轴承腔的密封与轴承的相对方位也有所不同. 为了能够在较宽泛的结构条件下进行轴承腔油气两相流动的模化处理, 本文列举了 4 种较具有代表性的轴承腔结构作为模化处理的研究对象. 2 轴承腔油气两相流动相似准则 轴承腔油气两相流动流型轴承腔工作时可能出现均相流动、分层流动和油膜/ 空气(含油滴颗粒相) 流动 3 种流型 10m 大多数情况下轴承腔油膜、油滴和空气是共存的. 参考文献的研究结果,轴承腔内空气中所含油滴颗粒的质量占排出润滑油总质量的止例约为 25% , 按照轴承腔滑油供给量和密封进气量计算空气( 含油滴颗粒相) 中油滴的体积分数。在满足润滑功能的条件下,轴承腔内空气中油滴的体积分数是很低的,轴承腔犷、分别为 1. 45%. 19%. 6 2%. 因此空气中存在的油滴对于油气两相流动的影响是有限的, 文献的计算结果亦表明油膜/ 空气分层流动和