【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于渦輪發動機進氣道預冷，尤其涉及一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法。
技術介紹
1、為解決發動機進口的高滯止溫度給發動機帶來的不利影響，實現推力和速度的平穩銜接，對進入發動機的空氣降溫的預冷技術日益得到重視。所謂預冷是指將進入發動機的高溫空氣進行冷卻，使溫度降低到渦輪發動機正常工作溫度。在壓氣機進口噴入冷卻介質進行射流預冷是預冷的主要途徑之一。射流預冷技術具有成本低、成型快的潛在優勢，使渦輪發動機不受限于更高的飛行高度和馬赫數，因此，射流預冷技術是拓展渦輪發動機飛行包線的一種有效途徑和重要發展方向。
2、射流預冷可能帶來諸多好處：在高超聲速飛行時，降低進氣溫度可擴展馬赫數飛行范圍，提高爬升率和實際升限、優化各部件熱管理，改善發動機機體高溫防護問題；降低進氣溫度可提高進氣密度以增大進氣質量流量，進而增大推力；通過合適的循環設計，高速滯止熱的適當利用可提供循環熱效率。目前，液滴蒸發量作為衡量射流技術優劣的關鍵參數尚沒有成熟的理論計算依據，通過質量守恒定律計算出液滴蒸發量成為一種可行方法。
技術實現思路
1、針對目前存在的技術難題，本專利技術提供一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法，通過質量守恒定律計算渦輪發動機進氣道射流預冷中液滴的蒸發質量，從而有效表征射流預冷技術對發動機性能的改善作用。
2、為了實現上述目的，提供了一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法，包括如下步驟：
3、步驟一：對渦輪發動機
4、所述進氣道的進口參數和出口參數包括進口面積a1、進口總壓p01、進口靜壓ps1、進口總溫t01、進口空氣常數r1、空氣氣體常數r空氣、進口空氣絕熱指數γ1、出口面積a2、出口總壓p02、出口靜壓ps2、出口總溫t02、出口濕空氣氣體常數r?2、出口濕空氣絕熱指數γ2、蒸汽氣體常數r蒸汽；
5、步驟二：根據確定的進口參數和出口參數計算進口馬赫數和進口靜溫，并求進口靜溫對應的空氣定壓比熱和空氣絕熱指數；
6、所述進口馬赫數、進口靜溫、進口靜溫對應的空氣定壓比熱和進口靜溫對應的空氣絕熱指數的計算公式為：
7、
8、cv1＝cp1-r1(4)
9、
10、其中，ma1為進口馬赫數，ts1為進口靜溫，cp1為進口靜溫對應的空氣定壓比熱，γ1′為進口靜溫對應的空氣絕熱指數，cv1為進口靜溫對應的空氣定容比熱；
11、步驟三：判斷得到的進口靜溫對應的空氣絕熱指數是否符合誤差要求，是則輸出進口靜溫對應的空氣絕熱指數并執行步驟四，否則用得到的進口靜溫對應的空氣絕熱指數替換進口空氣絕熱指數并返回步驟二繼續計算；
12、所述判斷得到的進口靜溫對應的空氣絕熱指數是否符合誤差要求的判定標準為：γ1′-γ1＜10-m，其中，m為給定的誤差限；
13、步驟四：根據得到的進口馬赫數、進口靜溫、進口靜溫對應的空氣比熱、進口靜溫對應的空氣絕熱指數、進口參數和出口參數，計算進口聲速、進口速度和進口密度，得出進口質量流量；
14、所述進口聲速、進口速度、進口密度和進口質量流量的計算公式為：
15、
16、v1＝ma1·a1(7)
17、
18、其中，a1為進口聲速，v1為進口速度，ρ1為進口密度，為進口質量流量；
19、步驟五：根據進口質量流量、進口參數和出口參數，計算出口馬赫數、出口靜溫、出口聲速、出口速度和出口密度，得出出口質量流量，并求出液滴蒸發量；
20、所述出口馬赫數、出口靜溫、出口聲速、出口速度、出口密度、出口質量流量和液滴蒸發量的計算公式為：
21、
22、v2＝ma2·a2(13)
23、
24、其中，ma2為出口馬赫數，ts2為出口靜溫，a2為出口聲速，v2為出口速度，ρ2為出口密度，為出口質量流量，為液滴蒸發量；
25、步驟六：根據出口靜溫、進口質量流量、液滴蒸發量、進口參數和出口參數，計算出口靜溫對應的空氣定壓比熱和蒸汽定壓比熱，將出口靜溫對應的空氣定壓比熱和蒸汽定壓比熱與空氣和蒸汽的氣體常數聯立求得空氣和蒸汽的定容比熱，同時求出出口濕空氣定容比熱、更新的出口濕空氣氣體常數和出口濕空氣定壓比熱，并計算更新的濕空氣絕熱指數；
26、
27、
28、cv空氣＝cp空氣-r空氣
29、(19)
30、cv蒸汽＝cp蒸汽-r蒸汽(20)
31、
32、cp＝cv+r2'(23)
33、
34、其中，cp空氣為出口靜溫對應的空氣定壓比熱，cp蒸汽為出口靜溫對應的蒸汽定壓比熱，cv空氣為空氣的定容比熱，cv蒸汽為蒸汽的定容比熱，cv為出口濕空氣定容比熱，cp為出口濕空氣定壓比熱，γ2′為更新的濕空氣絕熱指數，r2'為更新的出口濕空氣氣體常數；
35、步驟七：用步驟六計算得出的更新的濕空氣絕熱指數替換出口濕空氣絕熱指數代入到步驟五，計算得到液滴蒸發量作為更新后的液滴蒸發量，判斷更新后的液滴蒸發量是否符合誤差要求，是則輸出更新后的液滴蒸發量，否則將更新的濕空氣絕熱指數返回步驟五繼續計算；
36、所述判斷更新后的液滴蒸發量是否符合誤差要求的判斷標準為：其中為更新后的液滴蒸發量，n為給定的誤差限。
37、與現有技術相比較，本專利技術的有益效果：
38、當前實驗條件下，液滴蒸發量的測量需要測得出口液滴的質量流量等，對于測量的準確性難以保證，通過本計算方法，在給定渦輪發動機進氣道進口參數和出口參數，能夠將液滴蒸發量的測量轉為測進出口總溫總壓等參數，進而快速確定液滴蒸發量，從而有效評估進氣道射流預冷效果，且測量進出口參數方法完善，準確性較高，對實際工程實驗有著指導意義。
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1.一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法，其特征在于，步驟一中所述進氣道的進口參數和出口參數包括進口面積A1、進口總壓P01、進口靜壓PS1、進口總溫T01、進口空氣常數R1、空氣氣體常數R空氣、進口空氣絕熱指數γ1、出口面積A2、出口總壓P02、出口靜壓PS2、出口總溫T02、出口濕空氣氣體常數R?2、出口濕空氣絕熱指數γ2、蒸汽氣體常數R蒸汽。
3.根據權利要求2所述的一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法，其特征在于，步驟二中所述進口馬赫數、進口靜溫、進口靜溫對應的空氣定壓比熱和進口靜溫對應的空氣絕熱指數的計算公式為：
4.根據權利要求3所述的一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法，其特征在于，步驟三中所述判斷得到的進口靜溫對應的空氣絕熱指數是否符合誤差要求的判定標準為：γ1′-γ1|＜10-m，其中，m為給定的誤差限。
5.根據權利要求3所述的一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發
6.根據權利要求5所述的一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法，其特征在于，步驟五中所述出口馬赫數、出口靜溫、出口聲速、出口速度、出口密度、出口質量流量和液滴蒸發量的計算公式為：
7.根據權利要求6所述的一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法，其特征在于，步驟六中所述出口靜溫對應的空氣定壓比熱、出口靜溫對應的蒸汽定壓比熱、空氣的定容比熱、蒸汽的定容比熱、出口濕空氣定容比熱、更新的出口濕空氣氣體常數、出口濕空氣定壓比熱和更新的濕空氣絕熱指數的計算公式為：
8.根據權利要求7所述的一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法，其特征在于，步驟七中所述判斷更新后的液滴蒸發量是否符合誤差要求的判斷標準為：其中為更新后的液滴蒸發量，n為給定的誤差限。
...【技術特征摘要】
1.一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法，其特征在于，步驟一中所述進氣道的進口參數和出口參數包括進口面積a1、進口總壓p01、進口靜壓ps1、進口總溫t01、進口空氣常數r1、空氣氣體常數r空氣、進口空氣絕熱指數γ1、出口面積a2、出口總壓p02、出口靜壓ps2、出口總溫t02、出口濕空氣氣體常數r?2、出口濕空氣絕熱指數γ2、蒸汽氣體常數r蒸汽。
3.根據權利要求2所述的一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法，其特征在于，步驟二中所述進口馬赫數、進口靜溫、進口靜溫對應的空氣定壓比熱和進口靜溫對應的空氣絕熱指數的計算公式為：
4.根據權利要求3所述的一種基于質量守恒計算進氣道射流預冷液滴蒸發量的方法，其特征在于，步驟三中所述判斷得到的進口靜溫對應的空氣絕熱指數是否符合誤差要求的判定標準為：γ1′-γ1|＜10-m，其中，m為...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱建勇，王雨婷，劉太秋，李麗麗，馮宇辰，
申請(專利權)人：沈陽航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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