【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机设计领域，具体而言，涉及一种高速对转环腔内的滑油空气两相流流动特性计算方法。
技术介绍
1、随着航空发动机主轴承的dn值(轴承内径(mm)与轴转速(r/min)的乘积)不断地提高，对发动机主轴承的运行环境要求也不断提高。为了保证发动机主轴承最佳的滑油供给量并正常工作，需要采用喷射润滑与环下润滑方式保证发动机主轴承的正常运转。环下润滑结构由集油部分和输油部分组成，集油部分包括集油结构、喷嘴等，输油部分包括轴承上的径向供油孔及带有轴向槽的内衬套；集油结构位于高速对转的高、低压转子轴轴间，高速对转轴间的环腔内滑油、空气流动情况复杂，基于相似原理建立双旋转轴轴间流动与换热试验平台的难度大。
2、目前，针对航空发动机对转环腔内滑油-空气两相流流动特性的分析主要集中采用cfd数值模拟方法，基于流动现象出发的对转环腔内的两相流流动理论分析较少，对两相流流动特性的计算存在一定难度。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本申请提供了一种高速对转环腔内的滑油空气两相流流动特性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2、确定存在壁面油膜的对转轴腔轴间流动模型的假设条件，所述假设条件用于稳定工作条件下滑油空气两相流动；
3、建立环腔内空气速度分布，确定低压轴外壁面、油气交界面处剪切应力表达式；
4、建立壁面油膜速度分布，确定油气交界面粘性剪切应力表达式；
5、根据所述低压轴外壁面、油气交界面处剪切应力表达式和油气交界面粘性剪切
6、对所述环腔内滑油-空气两相流速度分布模型确定边界条件；
7、获得存在壁面油膜的对转环腔内切向速度分布模型，所述对转环腔内切向速度分布模型用于实现高速对转环腔内滑油空气两相流流动特性的计算。
8、其中，确定低压轴外壁面、油气交界面处剪切应力表达式包括：
9、基于平板湍流边界层的卡门三层速度分布结构与旋转轴力矩系数试验关联式，确定低压转子轴力矩系数cm1；
10、引入有泰勒涡影响的修正系数，确定低压轴外壁面处剪切应力表达式
11、基于油气交界面处与低压轴外壁处剪切应力产生力矩一致的条件，确定油气交界面处的剪切应力表达式τoil,air，表示为：
12、其中，ω1为低压轴旋转角速度、ω2为油气交界面角速度、ρair为空气密度、cm1为低压转子轴力矩系数、r1和r2分别为低压轴外径、油气交界面距旋转轴线半径、re1为低压轴旋转雷诺数。
13、其中，确定油气交界面粘性剪切应力表达式包括：
14、建立壁面油膜速度分布关系；
15、获取计算壁面油膜速度分布关系的初始条件，包括：高、低压转子旋转角速度ω3、ω1，高、低压轴半径r3、r1，油膜厚度范围δoil，其中，壁面油膜厚度δoil基于对转环腔集油结构数值计算获取；
16、确定计算壁面油膜速度分布关系的边界条件，包括：油气交界面切向速度ω2r2、高压转子轴壁面速度ω3r3；
17、定义油气交界面粘性剪切力表达式表示为：
18、
19、其中，δoil为滑油油膜层的厚度范围，且：δoil＝r3-r2，μoil为滑油动力黏度。
20、其中，获取计算壁面油膜速度分布关系的初始条件前，通过对转环腔集油结构几何模型，获取所述滑油油膜层的厚度范围δoil，包括：
21、建立对转环腔集油结构几何模型；
22、执行区域离散化处理；
23、基于vof方法及滑移网络技术，设置求解器参数，进行非稳态求解；
24、获取沿周向不同角度截面处滑油、空气体积分数分布和滑油油膜层厚度分布；
25、提取环腔内沿径向的切向的速度分布，识别滑油油膜层与空气层的混合交界面位置；
26、获取滑油油膜层的厚度范围δoil。
27、进一步的，建立壁面油膜速度分布关系时，基于双旋转轴间库埃特流动确定在稳定条件下不考虑径向与轴向流动，得到连续性方程、径向与切向动量方程，表示为：
28、
29、进一步的，存在壁面油膜的对转环腔内切向速度分布模型包括低压轴外壁面径向方向的切向速度分布、油气交界面径向方向的切向速度分布、壁面油膜速度分布。
30、其中，壁面油膜速度分布表示为：
31、其中，r为壁面油膜中任意位置距旋转轴线半径，coil,1为常数、coil,2为常数，与ω2、ω3、r2、r3有关，ω3为高压轴旋转角速度、r3为高压轴内径，且：
32、低压轴外壁面径向方向的切向速度分布表示为：
33、
34、油气交界面径向方向的切向速度分布表示为：
35、
36、其中，a、b、d为与旋转雷诺数相关的常数，c、e为对转环腔内滑油-空气两相流流动数值计算确定的常数，分别为摩擦速度。
37、本专利技术结合cfd数值模拟、旋转流动试验关联式与卡门三层结构速度分布，建立附着有滑油油膜层的对转环腔滑油、空气流动的理论模型，为研究高速对转环腔内的流动特性提供一种计算方法。
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1.一种高速对转环腔内的滑油空气两相流流动特性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的滑油空气两相流流动特性计算方法，其特征在于，确定所述低压轴外壁面、油气交界面处剪切应力表达式包括：
3.根据权利要求1所述的滑油空气两相流流动特性计算方法，其特征在于，确定油气交界面粘性剪切应力表达式包括：
4.根据权利要求3所述的滑油空气两相流流动特性计算方法，其特征在于，获取计算壁面油膜速度分布关系的初始条件前，通过对转环腔集油结构几何模型，获取所述滑油油膜层的厚度范围δoil，包括：
5.根据权利要求3所述的滑油空气两相流流动特性计算方法，其特征在于，所述建立壁面油膜速度分布关系时，基于双旋转轴间库埃特流动确定在稳定条件下不考虑径向与轴向流动，得到连续性方程、径向与切向动量方程，表示为：
6.根据权利要求1所述的滑油空气两相流流动特性计算方法，其特征在于，所述存在壁面油膜的对转环腔内切向速度分布模型包括低压轴外壁面径向方向的切向速度分布、油气交界面径向方向的切向速度分布、壁面油膜速度分布。
7.根
...【技术特征摘要】
1.一种高速对转环腔内的滑油空气两相流流动特性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的滑油空气两相流流动特性计算方法，其特征在于，确定所述低压轴外壁面、油气交界面处剪切应力表达式包括：
3.根据权利要求1所述的滑油空气两相流流动特性计算方法，其特征在于，确定油气交界面粘性剪切应力表达式包括：
4.根据权利要求3所述的滑油空气两相流流动特性计算方法，其特征在于，获取计算壁面油膜速度分布关系的初始条件前，通过对转环腔集油结构几何模型，获取所述滑油油膜层的厚度范围δoil，包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：冯璐璐，冯建宇，曾广翼，
申请(专利权)人：中国航发贵阳发动机设计研究所，
类型：发明
国别省市：
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