【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于航空設(shè)備計算分析，涉及一種燃滑油換熱器防火性能的分析方法，具體涉及一種用在航空燃滑油換熱器的防火性能評估的數(shù)值分析方法。
技術(shù)介紹
1、航空發(fā)動機作為飛機的動力來源，發(fā)動機一旦發(fā)生火情，要求附近的設(shè)備、附件能夠有效工作至安全停車，并且火情不會擴大。燃滑油換熱器作為發(fā)動機附件的體積較大附件，按照ccar33.17防火條款要求應(yīng)具備一定防火等級。目前換熱器防火試驗條件苛刻，一次通過率較低，且由于是破壞性試驗，試驗成本也較高。
2、目前國內(nèi)外航空發(fā)動機廠家采用cfd技術(shù)、有限元結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，對發(fā)動機簡單附件防火試驗過程進行數(shù)值模擬。航空燃滑油換熱器結(jié)構(gòu)通常為管殼式換熱器，管殼式換熱器是由上千根換熱管、換熱殼體及橡膠密封圈等非金屬件構(gòu)成，若按照以往簡單附件防火仿真技術(shù)方法，同時將火焰燃燒、換熱器流固傳熱及燃滑油介質(zhì)相變傳熱傳質(zhì)等多物理場相互耦合，進行非穩(wěn)態(tài)模擬計算，其仿真計算量大、效率低，且航空燃滑油換熱器在火焰作用下的失效形式具備多樣性，每種失效形式都應(yīng)具備防火性能判斷指標(biāo)，因此，以往防火仿真方法在換熱器上無法有效應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決上述問題，本專利技術(shù)提出了一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，這是一種試驗高效的仿真分析方法，也是一種全面的防火性能校核方法，能夠?qū)崿F(xiàn)大型的、復(fù)雜的換熱器防火性能預(yù)先評估，并對換熱器防火性能提出優(yōu)化改進方案。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下：
3、一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，先建立換熱器三
4、s10：進行標(biāo)準(zhǔn)火焰仿真；
5、s20：分析火焰特征；
6、s30：確定高溫?zé)煔夥€(wěn)定截面；
7、s40：施加高溫?zé)煔馕募鳛榉阑鸱抡孑斎脒吔纾?/p>
8、s50：施加內(nèi)壁面邊界條件；
9、s60：基于s40和s50進行換熱器瞬態(tài)防火仿真計算；
10、s70：獲得瞬態(tài)溫度場；
11、s80：進行橡膠防火性能評估；
12、s90：進行金屬防火性能評估；
13、其中，s50與s40不分前后順序，s80和s90不分前后順序。
14、進一步的，s10具體為：在fluent軟件中選擇壓力基求解器，使用瞬態(tài)求解，打開能量方程和湍流模型，設(shè)置壁面函數(shù)，選擇輻射模型，進行組分設(shè)置，以新建的液滴材料來仿真計算得出燃燒過程中標(biāo)準(zhǔn)火焰的氣體流動。
15、進一步的，s20具體為：在fluent軟件選取距擴張錐出口不同距離的截面，分析各個截面火焰特征。
16、進一步的，s30具體為：以火焰速度與溫度形狀均為橢圓環(huán)形、內(nèi)外環(huán)的分界線明顯的截面位置為特征視為穩(wěn)定的流熱場分布，導(dǎo)出上述截面位置燃燒產(chǎn)物的速度分布和火焰的溫度分布文件，即高溫?zé)煔夥€(wěn)定截面文件。
17、進一步的，s60具體為：將換熱器薄弱位置置于s40所施加的截面上方設(shè)定位置，在fluent中開展瞬態(tài)求解，設(shè)定時間步長和仿真計算步數(shù)，完成前一段時間的計算，通過編制仿真計算工況切換程序，自動更改內(nèi)壁面邊界條件，更改時間步長，進行后一段時間的計算。
18、進一步的，s70具體為：將s60中瞬態(tài)防火仿真計算的溫度載荷，以相同的時間步長，由fluent傳遞給mechanical。
19、進一步的，s50具體為：
20、s51，在產(chǎn)品防火工況下，編制包含燃油和滑油物性參數(shù)的文件，并加載至fluent流體材料庫中；
21、s52：設(shè)定防火試驗狀態(tài)下的換熱器進口流量和溫度、出口壓力和溫度的性能計算邊界，并開展防火工況下性能仿真，輸出防火工況下一段時間換熱器內(nèi)壁面的換熱系數(shù)文件；
22、s53：通過編制udf程序自動提取的換熱器內(nèi)部壁面溫度作為工質(zhì)是否發(fā)生相變的判定準(zhǔn)則；如果換熱器內(nèi)沒有發(fā)生相變，執(zhí)行s54；如果換熱器內(nèi)發(fā)生相變，執(zhí)行s55；
23、s54：將s52輸出的換熱系數(shù)文件作為換熱器內(nèi)壁面邊界條件；
24、s55：采用baburajan模型計算相變條件下的內(nèi)壁面換熱系數(shù)作為換熱器內(nèi)壁面邊界條件，計算公式如下：
25、
26、式中，bo為沸騰數(shù)；ja為雅各布數(shù)；pr為普朗特數(shù)；
27、s56，合并以上兩類換熱系數(shù)的第三類邊界條件，實現(xiàn)換熱器內(nèi)部邊界條件的分區(qū)加載。
28、進一步的，s80具體為：
29、s81：采用mechanical對換熱器各個橡膠圈的密封裝配狀態(tài)進行非線性靜力學(xué)仿真，對橡膠圈采用mooney-rivlin本構(gòu)模型，提取橡膠圈的變形量；
30、s82：重構(gòu)散熱器密封圈處的三維模型，消除幾何模型干涉，保留橡膠材料的預(yù)應(yīng)力場，同時施加s70防火工況下的瞬態(tài)溫度載荷，設(shè)置橡膠圈處接觸切向、法向和熱傳遞參數(shù)；
31、s83：開展換熱器的熱固耦合仿真，輸出橡膠圈溫度變化曲線；
32、s84：以橡膠材料破壞溫度為橡膠變性的判定準(zhǔn)則，如果橡膠材料變性，橡膠圈融化失效，則進入s85；如果橡膠材料未變性，橡膠具備彈性，則執(zhí)行s86；
33、s85：計算換熱器高溫、高壓(防火試驗保壓壓力)條件下橡膠密封界面處的泄漏間隙，然后進入s87；
34、s86：在mechanical中輸入橡膠材料mooney-rivlin參數(shù)隨溫度變化的數(shù)據(jù)，計算換熱器高溫、高壓條件下橡膠密封界面處的接觸應(yīng)力；
35、s87：計算橡膠密封界面的泄漏量，計算公式如下：
36、
37、式中：為泄漏圓環(huán)的直徑；h為泄漏間隙；μ為工質(zhì)的粘度；l為流過縫隙的長度；δp為縫隙兩端的壓差；
38、s88：開展橡膠材料防火性能失效評估。
39、進一步的，s90具體為：
40、s91：設(shè)置金屬材料本構(gòu)參數(shù)隨溫度變化的數(shù)據(jù)及壓力載荷，輸出金屬部件的溫度場及應(yīng)力場；
41、s92：以部件局部溫度達到金屬材料熔點時間為起點，以受火結(jié)束時間為終點計算換熱器金屬殼體燒蝕量，以燒蝕量為判據(jù)，總燒蝕量大于殼體厚度則防火失效；反之該項指標(biāo)通過，繼續(xù)執(zhí)行s93；
42、計算燒蝕量d：
43、
44、式中：ε為燒蝕速率；
45、s93：對應(yīng)力場中危險應(yīng)力處沿結(jié)構(gòu)厚度方向做應(yīng)力線性化路徑，獲取高應(yīng)力位置的一次總體薄膜應(yīng)力si或一次局部薄膜應(yīng)力sⅱ，同時計算高溫條件下材料的許用應(yīng)力sm，材料許用應(yīng)力sm由下列式中最小值確定：
46、
47、式中：σu：為拉伸強度；σp0.2：為屈服強度；σtp0.2：為部件最高溫度下屈服強度；
48、s94：以薄膜應(yīng)力作為判據(jù)，當(dāng)si>ksm且sⅱ>1.5ksm，則關(guān)鍵承力件斷裂失效；反之該項指標(biāo)通過，評估為金屬部件未失效；其中k為安全系數(shù)。
49、本專利技術(shù)的技術(shù)效果如下：...
【技術(shù)保護點】
1.一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，其特征在于，先建立換熱器三維幾何模型，然后進行以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，其特征在于，S10具體為：在Fluent軟件中選擇壓力基求解器，使用瞬態(tài)求解，打開能量方程和湍流模型，設(shè)置壁面函數(shù)，選擇輻射模型，進行組分設(shè)置，以新建的液滴材料來仿真計算得出燃燒過程中標(biāo)準(zhǔn)火焰的氣體流動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，其特征在于，S20具體為：在Fluent軟件選取距擴張錐出口不同距離的截面，分析各個截面火焰特征。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，其特征在于，S30具體為：以火焰速度與溫度形狀均為橢圓環(huán)形、內(nèi)外環(huán)的分界線明顯的截面位置為特征視為穩(wěn)定的流熱場分布，導(dǎo)出上述截面位置燃燒產(chǎn)物的速度分布和火焰的溫度分布文件，即高溫?zé)煔夥€(wěn)定截面文件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，其特征在于，S60具體為：將換熱器薄弱位置置于S40所施加的截面上方設(shè)定位置，在fluent中開展瞬態(tài)求
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，其特征在于，S70具體為：將S60中瞬態(tài)防火仿真計算的溫度載荷，以相同的時間步長，由Fluent傳遞給Mechanical。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，其特征在于，S50具體為：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，其特征在于，S80具體為：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，其特征在于，S90具體為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，其特征在于，先建立換熱器三維幾何模型，然后進行以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，其特征在于，s10具體為：在fluent軟件中選擇壓力基求解器，使用瞬態(tài)求解，打開能量方程和湍流模型，設(shè)置壁面函數(shù)，選擇輻射模型，進行組分設(shè)置，以新建的液滴材料來仿真計算得出燃燒過程中標(biāo)準(zhǔn)火焰的氣體流動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，其特征在于，s20具體為：在fluent軟件選取距擴張錐出口不同距離的截面，分析各個截面火焰特征。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃滑油換熱器的防火性能分析方法，其特征在于，s30具體為：以火焰速度與溫度形狀均為橢圓環(huán)形、內(nèi)外環(huán)的分界線明顯的截面位置為特征視為穩(wěn)定的流熱場分布，導(dǎo)出上述截面位置燃燒產(chǎn)物的速度分布和火焰的溫度分布文件，即高溫?zé)煔夥€(wěn)定截面文件。<...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：謝春磊，馬先振，甘新海，陳哲，董博見，
申請(專利權(quán))人：新鄉(xiāng)航空工業(yè)集團有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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