【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机在翼清洗，尤其涉及一种基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法及系统。
技术介绍
1、航空发动机在运行过程中，不可避免地会造成压气机叶片表面积垢，导致发动机性能衰退，影响发动机运行的可靠性。航空发动机冷转时，通过喷嘴雾化清洗液注入发动机内涵道内完成发动机在翼清洗，能够有效清除叶片表面垢质颗粒，恢复发动机性能。雾化液滴撞击在叶片表面会发生液滴铺展、飞溅、扩散和成膜过程，水膜的厚度决定着航空发动机在翼清洗效果。因此，了解并准确掌握叶片水膜厚度变换情况，对于真实预测航空发动机在翼清洗效果和优化清洗参数至关重要。
2、清洗液在压气机内部流动过程十分复杂，液滴在气流的作用下会产生随动和破碎，气流压力的增加，加剧了这一现象。由于空气动力剪切力的作用下，沉积在叶片表面的液滴形成薄膜、小溪或者离散液滴。国内外学者通过仿真和实验手段评估了叶片表面水膜厚度及其运动，但尚未建立清洗参数与水膜厚度关系，缺乏有效能预测叶片表面水膜厚度的准确模型。对航空发动机在翼清洗效果差，影响航空发动机的运行安全性。
技术实现思路
1、为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了一种基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法及系统。
2、所述技术方案如下：一种基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，该方法包括以下步骤：
3、s1，根据壁面无滑移和气液界面剪切力连续边界条件，建立水膜沿叶片的二维速度剖面方程；
4、s2，根据空气水雾
5、s3，利用界面摩擦系数计算气液界面剪切力；
6、s4，航空发动机在翼清洗过程中，根据气流速度、撞击叶片面积和清洗液流量，与清洗液滴在叶片表面沉积、生长、汇聚和脱落过程的相互影响，构建叶片表面水膜体积流量模型；
7、s5，根据叶片表面水膜体积流量和气液界面剪切力，获得水膜厚度相对水气比和气流速度的关系曲线；水膜厚度相对水气比和气流速度的关系曲线用于预测航空发动机在翼清洗水膜厚度，进而调整航空发动机在翼清洗工艺参数。
8、在步骤s1中，建立水膜沿叶片的二维速度剖面方程，表达式为：
9、
10、式中，u为水膜沿切向速度分布，s代表切线方向，n代表法线方向，p为水膜内压强，ρw为水的密度，gs为切向重力加速度分量，μw为水膜粘度，h为水膜厚度，τi为气液交界面剪切力。
11、在步骤s2中，构建液滴收集效率模型，表达式为：
12、η＝ηg×ηd
13、式中，η为液滴收集效率模型，ηg为空气动力学效率，ηd为沉积效率。
14、进一步，空气动力学效率ηg表示空气水雾流中可能与叶片表面碰撞的液滴分数，取决于叶片压力损失系数和阻力系数；空气动力学效率ηg的表达式为：
15、
16、式中，sc为叶片阴影系数，cp为叶片压力损失系数，cd为阻力系数；ab为叶片阴影面积，at为叶栅通道总面积，叶栅入口马赫数小于0.3时，叶片压力损失系数cp<0.02；阻力系数cd＝cpcos3am/cos2a1，a1为叶片入口气流角，am为叶片平均气流角；
17、空气水雾流中液滴在气流驱动下，空气遇到叶片将发生偏转，液滴由于惯性沉积到叶片表面，沉积效率ηd是斯托克斯的函数，公式为：
18、
19、
20、式中，st为斯托克斯数，ρw为水的密度，d为液滴直径，ug为气流速度，μg为空气粘度，a为撞击叶片表面的特征宽度，ηd为沉积效率。
21、在步骤s3中，计算气液界面剪切力，包括：
22、忽略气液界面波动速度，气液界面剪切力用界面摩擦系数来表示，表达式为：
23、
24、式中，f1表示界面剪切因子，ρg表示空气密度，τi为界面摩擦系数，μg为空气粘度；
25、界面剪切因子等于湍流边界层壁面摩擦系数cf，计算式为：
26、
27、式中，fi为界面剪切因子，cf为湍流边界层壁面摩擦系数，reg为气流雷诺数；ug为气流速度，l为特征长度，l等于叶栅实验段高度，γg为空气运动黏度。
28、在步骤s4中，构建叶片表面水膜体积流量模型，包括：
29、航空发动机在翼清洗过程中，清洗液滴在叶片表面沉积、生长、汇聚和脱落的过程与气流速度、撞击叶片面积和清洗液流量相关，根据液滴与叶片表面相互作用机制，叶片表面水膜体积流量模型表示为：
30、q＝3.6ηugρgβab
31、式中，q为叶片表面水膜体积流量，η为液滴收集效率，ug为气流速度，ρg为空气密度，β为水气比，ab为叶片阴影面积。
32、在步骤s5中，根据叶片表面水膜体积流量和气液界面剪切力，获得水膜厚度相对水气比和气流速度的关系曲线，包括：
33、航空发动机在翼清洗空气-水雾流充分发展阶段，忽略空气压力沿切向变化，将水膜速度沿法向积分求得水膜体积流量的计算公式：
34、
35、针对水膜在水平二维截面上流动，重力分量ρwgs为零，简化后得到水膜厚度模型：
36、
37、式中，q为叶片表面水膜体积流量，h为水膜厚度，u为水膜沿切向速度分布，n代表法线方向，μw为水膜粘度，ρw为水的密度，gs为切向重力加速度分量，τi为气液交界面剪切力。
38、在步骤s5中，水膜厚度相对水气比和气流速度的关系曲线用于预测航空发动机在翼清洗水膜厚度，包括：
39、根据叶片表面水膜的体积流量和气液界面剪切力，获得水膜厚度相对水气比和气流速度的关系曲线：
40、
41、式中，η为液滴收集效率，ρg为空气密度，β为水气比，a为撞击叶片表面的特征宽度，reg为气流雷诺数，ug为气流速度。
42、本专利技术的另一目的在于提供一种基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测系统，该系统实施所述基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，该系统包括：
43、二维速度剖面方程建立模块，用于建立水膜沿叶片的二维速度剖面方程；
44、液滴收集效率模型构建模块，用于构建液滴收集效率模型；
45、液滴收集效率模型计算模块，用于计算气液界面剪切力；
46、水膜体积流量模型构建模块，用于构建叶片表面水膜体积流量模型；
47、航空发动机在翼清洗工艺参数调整模块，用于根据叶片表面水膜的体积流量和气液界面剪切力，获得水膜厚度相对水气比和气流速度的关系曲线；其中，水膜厚度相对水气比和气流速度的关系曲线用于预测航空发动机在翼清洗水膜厚度，进而调整航空发动机在翼清洗工艺参数。
48、进一步，该系统搭载在计算机设备，该计算机设备包括：至少一个处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述至少一个处理器上运行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，在步骤S1中，建立水膜沿叶片的二维速度剖面方程，表达式为：
3.根据权利要求1所述的基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，在步骤S2中，构建液滴收集效率模型，表达式为：
4.根据权利要求3所述的基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，空气动力学效率ηg表示空气水雾流中可能与叶片表面碰撞的液滴分数，取决于叶片压力损失系数和阻力系数；空气动力学效率ηg的表达式为：
5.根据权利要求1所述的基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，在步骤S3中，计算气液界面剪切力，包括：
6.根据权利要求1所述的基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，在步骤S4中，构建叶片表面水膜体积流量模型，包括：
7.根据权利要求1所述的基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，在步骤S5
8.根据权利要求7所述的基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，在步骤S5中，水膜厚度相对水气比和气流速度的关系曲线用于预测航空发动机在翼清洗水膜厚度，包括：
9.一种基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测系统，其特征在于，该系统实施权利要求1-8任意一项所述基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，该系统包括：
10.根据权利要求9所述的基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测系统，其特征在于，该系统搭载在计算机设备，该计算机设备包括：至少一个处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述至少一个处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法的功能。
...【技术特征摘要】
1.一种基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，在步骤s1中，建立水膜沿叶片的二维速度剖面方程，表达式为：
3.根据权利要求1所述的基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，在步骤s2中，构建液滴收集效率模型，表达式为：
4.根据权利要求3所述的基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，空气动力学效率ηg表示空气水雾流中可能与叶片表面碰撞的液滴分数，取决于叶片压力损失系数和阻力系数；空气动力学效率ηg的表达式为：
5.根据权利要求1所述的基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，在步骤s3中，计算气液界面剪切力，包括：
6.根据权利要求1所述的基于液膜运动规律的航空发动机水膜厚度预测方法，其特征在于，在步骤s4中，构建叶片表面水膜体积流量模型，包...
【专利技术属性】
技术研发人员：霍金鉴，王立文，陈飞，石旭东，唐杰，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：
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