一种带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法与流程

1.本技术属于航空发动机主燃烧室领域，特别涉及一种带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法。


背景技术：

2.主燃烧室内带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度直接影响了燃烧室出口温度场水平，燃油的不均度越大，燃烧室出口温度分布均匀性越差，进而影响涡轮部件的使用寿命。
3.现有技术方案在设计燃油管路时采用经验估算或三维数值仿真计算管路的损失，经验估算的精度相对较低，而三维数值仿真的方法建模及计算的周期较长，需要多次迭代计算，计算效率低。且以上两种方法均无法评估由于管路损失对喷嘴出口燃油不均度的影响，且不利于新设计管路的损失计算评估及方案对比。
4.因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供了一种带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
6.本技术的技术方案是：
7.一种带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法，包括：
8.步骤一、获取流经对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失；
9.步骤二、获取燃油总管的进口燃油压力与各个喷嘴的出口燃油压力的第一平衡方程，并将流经对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失代入对应的所述第一平衡方程中，得到第二平衡方程；
10.步骤三、根据喷嘴流量试验数据拟合得到燃油流经各个喷嘴的压力损失与对应喷嘴的出口流量，并将燃油流经各个喷嘴的压力损失与对应喷嘴的出口流量代入对应的所述第二平衡方程中，得到第三平衡方程；
11.步骤四、获取燃油流量的第四平衡方程，联立所述第三平衡方程以及所述第四平衡方程计算得到各个喷嘴的出口流量；
12.步骤五、根据各个喷嘴的出口流量计算出带喷嘴的燃油总管的燃油不均度。
13.可选地，步骤一中，所述获取流经对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失包括：
14.s101、获取燃油流经各个喷嘴的压力损失的第一函数；
15.s102、将流经各个喷嘴的燃油经过进油管、燃油总管以及燃油分管的流经路径拆分成局部管段和沿程管段，计算流经各个喷嘴的燃油经过进油管、燃油总管以及燃油分管的压力损失的第二函数；
16.s103、将对应喷嘴的所述第一函数与所述第二函数加和，计算出流经各个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数。
17.可选地，s101中，所述获取燃油流经各个喷嘴的压力损失的第一函数包括：
18.获取燃油流经第1个喷嘴的压力损失的第一函数：
△
p
喷嘴1
；
19.获取燃油流经第2个喷嘴的压力损失的第一函数：
△
p
喷嘴2
；
20....
21.获取燃油流经第n个喷嘴的压力损失的第一函数：
△
p
喷嘴n
；
22.其中，
△
p
喷嘴1
～
△
p
喷嘴n
为对应喷嘴的压力损失。
23.可选地，s102中，所述将流经各个喷嘴的燃油经过进油管、燃油总管以及燃油分管的流经路径拆分成局部管段和沿程管段，计算流经各个喷嘴的燃油经过进油管、燃油总管以及燃油分管的压力损失的第二函数包括：
24.将流经第1个喷嘴的燃油经过进油管、燃油总管以及燃油分管的流经路径拆分成m1个局部管段和k1个沿程管段，则流经第1个喷嘴的燃油经过燃油总管以及燃油分管的压力损失的第二函数为：
[0025][0026]
将流经第2个喷嘴的燃油经过进油管、燃油总管以及燃油分管的流经路径拆分成m2个局部管段和k2个沿程管段，则流经第2个喷嘴的燃油经过燃油总管以及燃油分管的压力损失的第二函数为：
[0027][0028]
将流经第n个喷嘴的燃油经过进油管、燃油总管以及燃油分管的流经路径拆分成m
n
个局部管段和k
n
个沿程管段，则流经第n个喷嘴的燃油经过燃油总管以及燃油分管的压力损失的第二函数为：
[0029][0030]
其中，
△
p
路径1
～
△
p
路径n
为流经对应喷嘴的燃油经过燃油总管以及燃油分管的压力损失，ζ
i
为第i个局部管段上的局部阻力系数，ρ为燃油的密度，w
i
为第i个局部管段上的燃油流速，λ
j
为第j个沿程管段上的沿程阻力系数，l
j
为第j个沿程管段的特征长度，d
j
为第j个沿程管路的直径，v
j
为第j个沿程管段上的燃油流速。
[0031]
可选地，所述局部管段包括突扩管段、突缩管段、弯管段以及三通管段。
[0032]
可选地，s103中，所述将对应喷嘴的所述第一函数与所述第二函数加和，计算出流经各个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数包括：
[0033]
将对应喷嘴的第一函数与第二函数进行加和，得到：
[0034]
流经第1个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数为：
[0035][0036]
流经第2个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数为：
[0037][0038]
流经第n个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数为：
[0039][0040]
其中，
△
p
w1
～
△
p
wn
为对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失。
[0041]
可选地，步骤二中，所述获取燃油总管的进口燃油压力与各个喷嘴的出口燃油压力的第一平衡方程，并将流经对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失代入对应的所述第一平衡方程中，得到第二平衡方程包括：
[0042]
s201、获取燃油总管的进口燃油压力与各个喷嘴的出口燃油压力的第一平衡方程，包括：
[0043]
获取燃油总管的进口燃油压力与第1个喷嘴的出口燃油压力的第一平衡方程：
[0044][0045]
获取燃油总管的进口燃油压力与第2个喷嘴的出口燃油压力的第一平衡方程：
[0046][0047]
获取燃油总管的进口燃油压力与第n个喷嘴的出口燃油压力的第一平衡方程：
[0048][0049]
其中，p0为进油管处的压力，h0为进油管距离参考截面的高度，v0为进油管处燃油流速，p1～p
n
对应喷嘴的出口压力，g为重力加速度，h1～h
n
为对应喷嘴出口距离参考截面的高度，v1～v
n
为对应喷嘴的出口燃油流速；
[0050]
s202、将流经对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失代入对应的所述第一平衡方程中，得到第二平衡方程包括：
[0051]
将流经第1个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数代入对应的所述第一平衡方程中，得到第二平衡方程为：
[0052][0053]
将流经第2个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数代入对应的所述第一平衡方程中，得到第二平衡方程为：
[0054][0055]
将流经第n个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数代入对应的所述第一平衡方程中，得到第二平衡方程为：
[0056]
[0057]
可选地，步骤三中，所述根据喷嘴流量试验数据拟合得到燃油流经各个喷嘴的压力损失与对应喷嘴的出口流量，并将燃油流经各个喷嘴的压力损失与对应喷嘴的出口流量代入对应的所述第二平衡方程中，得到第三平衡方程包括：
[0058]
s301、根据喷嘴流量试验数据拟合得到燃油流经各个喷嘴的压力损失与对应喷嘴的出口流量，包括：
[0059]
燃油流经第1个喷嘴的压力损失与该喷嘴的出口流量的第四函数为：
[0060][0061]
燃油流经第2个喷嘴的压力损失与该喷嘴的出口流量的第四函数为：
[0062][0063]
燃油流经第n个喷嘴的压力损失与该喷嘴的出口流量的第四函数为：
[0064][0065]
其中，
△
p
喷嘴1
～
△
p
喷嘴n
为对应喷嘴的压力损失，ρ为燃油的密度，v1～v
n
为对应喷嘴出口的燃油流速，q1～q
n
为对应喷嘴的出口流量；
[0066]
s302，将燃油流经各个喷嘴的压力损失与对应喷嘴的出口流量代入对应的所述第二平衡方程中，得到第三平衡方程包括：
[0067]
将燃油流经第1个喷嘴的压力损失与该喷嘴的出口流量的第四函数代入对应的所述第二平衡方程中，得到第三平衡方程为：
[0068][0069]
将燃油流经第2个喷嘴的压力损失与该喷嘴的出口流量的第四函数代入对应的所述第二平衡方程中，得到第三平衡方程为：
[0070][0071]
将燃油流经第n个喷嘴的压力损失与该喷嘴的出口流量的第四函数代入对应的所述第二平衡方程中，得到第三平衡方程为：
[0072][0073]
可选地，步骤四中，所述获取燃油流量的第四平衡方程，联立所述第三平衡方程以及所述第四平衡方程计算得到各个喷嘴的出口流量包括：
[0074]
s401、根据质量守恒定律，得到燃油流量的第四平衡方程，燃油入口流量为各个喷嘴的出口流量之和：
[0075]
q
in
＝q1 q2 ... q
n
[0076]
其中，q
in
为燃油入口流量，q1～q
n
为对应喷嘴的出口流量；
[0077]
s402、联立所述第三平衡方程以及所述第四平衡方程，求解出各个喷嘴的出口流量。
[0078]
可选地，步骤五中，所述根据各个喷嘴的出口流量计算出带喷嘴的燃油总管的燃油不均度包括：
[0079]
通过如下公式计算出带喷嘴的燃油总管的燃油不均度：
[0080][0081]
其中，δ
i
为带喷嘴的燃油总管的燃油不均度。
[0082]
发明至少存在以下有益技术效果：
[0083]
本技术的带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法，考虑了进油管、燃油总管和燃油分管的损失、喷嘴差异性以及燃油重力对流量分配的影响，根据燃油的流量分配计算得到各个分支管路的流动损失，可以得到各个中间状态下带喷嘴的燃油总管的损失及喷嘴出口的流量分布特性，提高了计算效率，便于对中间状态下的燃油流动损失情况进行评估。
附图说明
[0084]
图1是本技术一个实施方式的带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法流程图；
[0085]
图2是本技术一个实施方式的带喷嘴的燃油总管结构示意图；
[0086]
图3是本技术一个实施方式的燃油喷嘴流量特性曲线。
具体实施方式
[0087]
为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施例进行详细说明。
[0088]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
[0089]
下面结合附图1至图2对本技术做进一步详细说明。
[0090]
本技术提供了一种带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法，包括以下步骤：
[0091]
s100、获取流经对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失；
[0092]
s200、获取燃油总管的进口燃油压力与各个喷嘴的出口燃油压力的第一平衡方程，并将流经对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失代入对应的第一平衡方程中，得到第二平衡方程；
[0093]
s300、根据喷嘴流量试验数据拟合得到燃油流经各个喷嘴的压力损失与对应喷嘴的出口流量，并将燃油流经各个喷嘴的压力损失与对应喷嘴的出口流量代入对应的第二平衡方程中，得到第三平衡方程；
[0094]
s400、获取燃油流量的第四平衡方程，联立第三平衡方程以及第四平衡方程计算得到各个喷嘴的出口流量；
[0095]
s500、根据各个喷嘴的出口流量计算出带喷嘴的燃油总管的燃油不均度。
[0096]
具体的，如图2所示，针对于全环上带有n个喷嘴的燃油总管，以进油管为燃油的入口，以各个喷嘴出口为燃油的出口，燃油由进油管流入后经过燃油总管以及燃油分管后，由各个喷嘴喷出。
[0097]
本技术的带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法，首先，获取流经对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失，在进行流经对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失计算过程中，优选将燃油从进油管流入直至从喷嘴喷出的过程简化为流经各个特征管路元件的过程，进油管简化为直管和弯管组成的管路，从进油管到燃油总管可以简化为三通管路，燃油总管可以简化为弯管管路，由燃油总管到燃油分管可以简化为三通管路，燃油分管可以简化为直管和弯管管路，以上直管、弯管、三通的阻力特性参数均可以由流体力学手册得到，燃油喷嘴的内部结构复杂，计算过程中将整个燃油喷嘴简化为一个阻力元件，其流阻特性由试验测得。
[0098]
本技术的带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法，s100中，获取流经对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失包括以下步骤：
[0099]
s101、获取燃油流经各个喷嘴的压力损失的第一函数；
[0100]
具体包括：
[0101]
获取燃油流经第1个喷嘴的压力损失的第一函数：
△
p
喷嘴1
；
[0102]
获取燃油流经第2个喷嘴的压力损失的第一函数：
△
p
喷嘴2
；
[0103]
...
[0104]
获取燃油流经第n个喷嘴的压力损失的第一函数：
△
p
喷嘴n
；
[0105]
其中，
△
p
喷嘴1
～
△
p
喷嘴n
为对应喷嘴的压力损失。
[0106]
s102、将流经各个喷嘴的燃油经过进油管、燃油总管以及燃油分管的流经路径拆分成局部管段和沿程管段，计算流经各个喷嘴的燃油经过进油管、燃油总管以及燃油分管的压力损失的第二函数，其中，局部管段包括突扩管段、突缩管段、弯管段以及三通管段；
[0107]
具体包括：
[0108]
将流经第1个喷嘴的燃油经过进油管、燃油总管以及燃油分管的流经路径拆分成m1个局部管段和k1个沿程管段，则流经第1个喷嘴的燃油经过燃油总管以及燃油分管的压力损失的第二函数为：
[0109]
[0110]
将流经第2个喷嘴的燃油经过进油管、燃油总管以及燃油分管的流经路径拆分成m2个局部管段和k2个沿程管段，则流经第2个喷嘴的燃油经过燃油总管以及燃油分管的压力损失的第二函数为：
[0111][0112]
将流经第n个喷嘴的燃油经过进油管、燃油总管以及燃油分管的流经路径拆分成m
n
个局部管段和k
n
个沿程管段，则流经第n个喷嘴的燃油经过燃油总管以及燃油分管的压力损失的第二函数为：
[0113][0114]
其中，
△
p
路径1
～
△
p
路径n
为流经对应喷嘴的燃油经过燃油总管以及燃油分管的压力损失，ζ
i
为第i个局部管段上的局部阻力系数，ρ为燃油的密度，w
i
为第i个局部管段上的燃油流速，λ
j
为第j个沿程管段上的沿程阻力系数，l
j
为第j个沿程管段的特征长度，d
j
为第j个沿程管路的直径，v
j
为第j个沿程管段上的燃油流速。
[0115]
s103、将对应喷嘴的第一函数与第二函数加和，计算出流经各个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数；
[0116]
具体包括：
[0117]
将对应喷嘴的第一函数与第二函数进行加和，得到：
[0118]
流经第1个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数为：
[0119][0120]
流经第2个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数为：
[0121][0122]
流经第n个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数为：
[0123][0124]
其中，
△
p
w1
～
△
p
wn
为对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失。
[0125]
本技术的带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法，s200中，获取燃油总管的进口燃油压力与各个喷嘴的出口燃油压力的第一平衡方程，并将流经对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失代入对应的第一平衡方程中，得到第二平衡方程包括：
[0126]
s201、获取燃油总管的进口燃油压力与各个喷嘴的出口燃油压力的第一平衡方程，包括：
[0127]
获取燃油总管的进口燃油压力与第1个喷嘴的出口燃油压力的第一平衡方程：
[0128][0129]
获取燃油总管的进口燃油压力与第2个喷嘴的出口燃油压力的第一平衡方程：
[0130][0131]
获取燃油总管的进口燃油压力与第n个喷嘴的出口燃油压力的第一平衡方程：
[0132][0133]
其中，p0为进油管处的压力，h0为进油管距离参考截面的高度，v0为进油管处燃油流速，p1～p
n
对应喷嘴的出口压力，g为重力加速度，h1～h
n
为对应喷嘴出口距离参考截面的高度，v1～v
n
为对应喷嘴的出口燃油流速；
[0134]
s202、将流经对应喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失代入对应的第一平衡方程中，得到第二平衡方程包括：
[0135]
将流经第1个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数代入对应的第一平衡方程中，得到第二平衡方程为：
[0136][0137]
将流经第2个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数代入对应的第一平衡方程中，得到第二平衡方程为：
[0138][0139]
将流经第n个喷嘴的燃油从入口到出口的压力损失的第三函数代入对应的第一平衡方程中，得到第二平衡方程为：
[0140][0141]
本技术的带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法，s300中，根据喷嘴流量试验数据拟合得到燃油流经各个喷嘴的压力损失与对应喷嘴的出口流量，并将燃油流经各个喷嘴的压力损失与对应喷嘴的出口流量代入对应的第二平衡方程中，得到第三平衡方程包括：
[0142]
s301、根据喷嘴流量试验数据拟合得到燃油流经各个喷嘴的压力损失与对应喷嘴的出口流量，喷嘴压力损失与流量的关系参见图3，包括：
[0143]
燃油流经第1个喷嘴的压力损失与该喷嘴的出口流量的第四函数为：
[0144][0145]
燃油流经第2个喷嘴的压力损失与该喷嘴的出口流量的第四函数为：
[0146]
[0147]
燃油流经第n个喷嘴的压力损失与该喷嘴的出口流量的第四函数为：
[0148][0149]
其中，
△
p
喷嘴1
～
△
p
喷嘴n
为对应喷嘴的压力损失，ρ为燃油的密度，v1～v
n
为对应喷嘴出口的燃油流速，q1～q
n
为对应喷嘴的出口流量；
[0150]
s302，将燃油流经各个喷嘴的压力损失与对应喷嘴的出口流量代入对应的第二平衡方程中，得到第三平衡方程包括：
[0151]
将燃油流经第1个喷嘴的压力损失与该喷嘴的出口流量的第四函数代入对应的第二平衡方程中，得到第三平衡方程为：
[0152][0153]
将燃油流经第2个喷嘴的压力损失与该喷嘴的出口流量的第四函数代入对应的第二平衡方程中，得到第三平衡方程为：
[0154][0155]
将燃油流经第n个喷嘴的压力损失与该喷嘴的出口流量的第四函数代入对应的第二平衡方程中，得到第三平衡方程为：
[0156][0157]
本技术的带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法，s400中，获取燃油流量的第四平衡方程，联立第三平衡方程以及第四平衡方程计算得到各个喷嘴的出口流量包括：
[0158]
s401、根据质量守恒定律，得到燃油流量的第四平衡方程，燃油入口流量为各个喷嘴的出口流量之和：
[0159]
q
in
＝q1 q2 ... q
n
[0160]
其中，q
in
为燃油入口流量，q1～q
n
为对应喷嘴的出口流量；
[0161]
s402、联立第三平衡方程以及第四平衡方程，求解出各个喷嘴的出口流量。
[0162]
本技术的带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法，第三平衡方程以及第四平衡方程，组成了以q1～q
n
共n个未知数的方程组，求解该方程组即可得到各个喷嘴的出口流量q1～q
n
，方程组中的其他参数均可以通过测量或者试验得到。有利的是，本实施例中，在求解方程时，由于各个喷嘴燃油均喷出至燃烧室内，因此可以认为各个喷嘴的出口压力均相等：
[0163]
p1＝p2＝...＝p
n
＝p
out
[0164]
从而对方程组进行简化。
[0165]
本技术的带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法，最后，在得到各个喷嘴的出口流量后，根据以下公式计算出带喷嘴的燃油总管的燃油不均度：
[0166][0167]
其中，δ
i
为带喷嘴的燃油总管的燃油不均度。
[0168]
本技术的带喷嘴的燃油总管出口燃油不均度的计算方法，考虑了进油管、燃油总管和燃油分管的损失、喷嘴差异性、燃油重力对流量分配的影响，根据燃油的流量分配计算得到各个分支管路的流动损失，本技术可以计算各个中间状态下带喷嘴的燃油总管的损失及喷嘴出口的流量分布特性，提高了计算效率，便于对中间状态下的燃油流动损失情况进行评估，对于新设计的燃油管路的损失及流量分配的评估具有更高的计算效率。
[0169]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。