一种气动发动机进排气通道流场和热传递优化的参数化方法

摘要

本发明主要公开了一种基于计算流体动力学对气动发动机进排气通道的流场和热传递的部件进行仿真优化的参数化方法，主要步骤如下：首先对所研制的两级式气动发动机进行物理三维结构模型和数学模型的建立，其次对所建立的三维结构图进行网格划分，接下来利用计算流体动力学软件fluent对气动发动机模型进行数值仿真，最后对气动发动机进排气通道的流场特性进行特性分析及计算，并根据计算结果对气动发动机的进排气通道和热传递部件进行优化和改进。本发明首次将CFD思想引入到气动发动机领域，为进一步提升气动发动机的能量利用率、改善气体压力时变规律紊乱以及气体密度不均等问题，提供了一种新的理论方法和依据，也为气动发动机研究提供了一种新的思路。

主权项

一种气动发动机进排气通道流场和热传递优化的参数化方法，其特征在于：通过对气动发动机建立计算流体动力学模型，利用基于计算流体动力学CFD的软件fluent对气动发动机进排气通道的流场和热传递参数进行仿真优化，改善气动发动机进排气通道内压力、能量利用率和气体均匀性，从而来提高气动发动机在实际运用中的机械效率，主要包括以下步骤：a)：三维结构模型建立：利用catia及autoCAD总体设计并具体得出气动发动机的具体模型；b)：数学模型建立：首先根据气动发动机的具体工作状态确定质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程以及整体系统和部分系统的组分质量守恒方程的条件，所述的条件确定如下：（1）假定气动发动机高压气管通道内部的气流为粘性、牛顿流体，并且是可压缩的，流动的方式为非定常流动，并考虑粘性力在工作过程中所耗散的能量；（2）假定在气动发动机里，气流的流动状态为湍流，且流体质点相互混掺，运动无序，运动要素具有随机性，满足Boussinesq假设；（3）研究对象是气动发动机里的高压气体通道和发生热传递的部件，从而基本方程为雷诺方程，湍流模型采用k—双方程模型；c)：对气动发动机模型进行网格划分：在气动发动机三维模型建立后，将三维图导入Gambit软件里或者workbench里面的mesh模块、ICEM、pointwise来进行计算网格划分，由于气动发动机的进排气的气体管道都是任意形状、非规则的结构，于是可以采用非结构化的网格；网格可以采用四面体或者六面体形式等，然后再在gambit软件中自动配上适合的边界条件；d)：进行基于fluent的分析：进入fluent软件后，第一步：把先前绘制的关于气动发动机的网格显示出来，Define→models→slover；第二步：建立求解模型：选择求解器→设置标准k—湍流模型，Define→models，在models列表中选择k—epsilon湍流模型，选好模型后会自动打开viscous models对话框；在上述中，选择能量方程，激活传热机制Define→models→energy；第三步：设置气动发动机里流体的物理属性；第四步：确定边界条件，依次设置流体和主入口的边界条件；第五步：基于上述准备进行求解，然后在fluent软件里绘制出关于气动发动机的温度场图、压力场图、湍流动能图及强度图的特征曲线图，进而对气动发动机的实时压力和能量利用情况进行特性分析，得出相关结论。