白 杰，陳巖康，傅文廣，孫 鵬

（中國(guó)民航大學(xué)a.適航學(xué)院；b.航空工程學(xué)院，天津 300300）

飛機(jī)在雨天環(huán)境飛行時(shí)，雨滴會(huì)被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)中，雨滴的吸入會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的工作狀態(tài)，嚴(yán)重情況下會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工作狀態(tài)，甚至導(dǎo)致空中熄火停車[1-3]。因此，國(guó)內(nèi)外頒布的適航規(guī)章均要求發(fā)動(dòng)機(jī)在使用前要通過(guò)一定的噴水測(cè)試。CCAR-33-R2.78 條款[4]規(guī)定，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)遭遇的雨濃度達(dá)到附件B中規(guī)定的合格審定標(biāo)準(zhǔn)的大氣雨濃度時(shí)，在其整個(gè)規(guī)定的工作范圍內(nèi)仍有可接受的工作能力，即在任何連續(xù)3 min 的降雨周期內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火、不降轉(zhuǎn)、不發(fā)生持續(xù)或不可恢復(fù)的喘振或失速，不失去加速或減速的能力，還必須保證吸入之后沒(méi)有不可接受的機(jī)械損壞，不可接受的功率或推力損失以及其他不利的發(fā)動(dòng)機(jī)異常情況。雨滴進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后最先影響的是壓縮部件，因此，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量關(guān)于壓氣機(jī)吞雨的研究。

國(guó)外：Day 等[5]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，雨滴進(jìn)入壓氣機(jī)會(huì)在葉片上形成水膜，水膜會(huì)改變?nèi)~片葉型進(jìn)而改變?nèi)~柵流場(chǎng)，且葉片水膜在離心力的作用下運(yùn)動(dòng)到葉片頂部，對(duì)葉頂間隙的二次渦等造成影響，從而影響壓氣機(jī)的氣動(dòng)性能；Roumeliotis 等[6]利用單級(jí)軸流壓氣機(jī)進(jìn)行吞水實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，在2%吞水量下，壓比的變化較小，同時(shí)喘振裕度降低；Roumeliotis 等[7]還與Neupert等[8]對(duì)水滴的蒸發(fā)、破碎和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行大量研究，同時(shí)分析了葉片水膜的形成過(guò)程及水膜的影響。

國(guó)內(nèi)：李淑英等[9]利用近相似理論對(duì)噴水后壓氣機(jī)特性進(jìn)行研究；馬宇晨[10]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，吞雨會(huì)使壓氣機(jī)扭矩增大，效率和增壓比降低，并分析了液滴噴射位置及液滴噴射角度對(duì)壓氣機(jī)的影響；樊雙明[11]利用Harika 程序?qū)Χ嗉?jí)軸流壓氣機(jī)進(jìn)行吞雨分析發(fā)現(xiàn)，壓氣機(jī)吞雨會(huì)改變?nèi)~柵攻角，導(dǎo)致壓氣機(jī)不穩(wěn)定運(yùn)行；楊璐等[12]利用Fortran 程序?qū)簹鈾C(jī)吞雨后的性能進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果表明，吞雨對(duì)壓氣機(jī)壓比、穩(wěn)定工作范圍、各級(jí)溫比均有影響；鄭洪濤等[13]利用仿真軟件對(duì)某壓氣機(jī)的干、濕壓縮過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。

目前，關(guān)于吞雨對(duì)壓氣機(jī)氣動(dòng)性能影響的相關(guān)研究較多，但關(guān)于雨滴對(duì)動(dòng)葉、靜葉通道流場(chǎng)影響的分析較少。通過(guò)上述分析提出基于兩相流動(dòng)原理構(gòu)建風(fēng)扇模型，利用數(shù)值模擬分析雨滴對(duì)風(fēng)扇效率、壓比、穩(wěn)定裕度等性能參數(shù)的影響，為衡量壓縮部件的穩(wěn)定性與安全性提供參考；同時(shí)分析了不同雨量下動(dòng)、靜葉流場(chǎng)的變化，在一定程度上解釋了雨滴對(duì)風(fēng)扇氣動(dòng)性能的影響方式，為改善風(fēng)扇流場(chǎng)，提高風(fēng)扇在惡劣環(huán)境下工作能力提供思路與參考。

1 數(shù)值模擬方法

1.1 計(jì)算模型

以小型高涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)DGEN380 中的風(fēng)扇為研究對(duì)象。DGEN380 為齒輪傳動(dòng)雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，涵道比為7.6，風(fēng)扇設(shè)計(jì)壓比為1.17，14 個(gè)動(dòng)葉，40 個(gè)靜葉，設(shè)計(jì)點(diǎn)轉(zhuǎn)速為13 069 r/min，葉尖間隙為0.5 mm。采用TurboGrid 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，第一層網(wǎng)格厚度0.003 5 mm，對(duì)近壁面網(wǎng)格及葉片前后緣等區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密，以滿足壁面y+值（壁面湍流邊界層的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)）要求，動(dòng)葉通道網(wǎng)格數(shù)約為7.5×105，靜葉通道網(wǎng)格數(shù)約為7.2×105，動(dòng)、靜葉網(wǎng)格分別如圖1 所示。

圖1 DGEN380 網(wǎng)格Fig.1 Grid of DGEN380

目前，常用的兩相流模型有兩種，即歐拉-歐拉模型與歐拉-拉格朗日模型。歐拉-歐拉模型主要適用于兩相之間體積分?jǐn)?shù)差別不大的情況，且兩相均為連續(xù)相；歐拉-拉格朗日模型適用于體積分?jǐn)?shù)差別較大的情況，體積分?jǐn)?shù)大的為連續(xù)相，體積分?jǐn)?shù)小的為離散相。由于在吞雨過(guò)程中雨滴和空氣體積分?jǐn)?shù)差別較大，因此，兩相流模型選用歐拉-拉格朗日模型。

1.2 數(shù)值模型

雨滴在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到多種復(fù)雜力的共同作用：由于雨滴與氣流間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，雨滴會(huì)受到拖曳力的作用；動(dòng)葉旋轉(zhuǎn)時(shí)雨滴會(huì)受到較大的離心力作用；在壓氣機(jī)中沿流向方向壓力在不斷增大，雨滴會(huì)受到壓力梯度力作用；雨滴還會(huì)受到重力等作用。在眾多作用力中拖曳力FD、離心力FR、壓力梯度力FP為主要作用力，其他力可忽略，即

其中

式中：mp為雨滴質(zhì)量；up為雨滴速度；Cd為拖曳力系數(shù)；dp為雨滴直徑；ρ 為氣流密度；us為氣流與雨滴間滑移速度；ω 為旋轉(zhuǎn)速度；r 為位置向量；Δp 為作用在雨滴上的壓力梯度；p 為靜壓。

雨滴在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)與葉片、機(jī)匣等壁面發(fā)生碰撞，Bai 等[14]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，雨滴與壁面碰撞后形態(tài)的變化與韋伯?dāng)?shù)We有關(guān)，其關(guān)系可表示為

式中：un為雨滴撞擊壁面的法向速度；σ 為湍流系數(shù)。

1.3 邊界條件設(shè)定

針對(duì)100% 轉(zhuǎn)速下風(fēng)扇吞雨過(guò)程進(jìn)行研究，進(jìn)口總溫為288.15 K，進(jìn)口總壓為101 325 Pa，通過(guò)改變出口背壓調(diào)節(jié)風(fēng)扇工況，壁面設(shè)置為絕熱、無(wú)滑移，給定雨滴進(jìn)口速度為90 m/s。

1）吞雨量選取

在吞雨過(guò)程中，吞雨量定義為噴入的雨滴質(zhì)量與壓氣機(jī)干壓縮時(shí)進(jìn)口空氣質(zhì)量的比值。對(duì)DGEN380發(fā)動(dòng)機(jī)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)流量為14.635 kg/s，進(jìn)口直徑為570 mm，在2%吞雨量下發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口雨滴含量為12.8 g/m3，載有DGEN380 發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)申報(bào)的飛行區(qū)域限于至少25 000 ft（1 ft=0.304 8 m）?？紤]到CCAR-33 附件B 中規(guī)定的合格審定標(biāo)準(zhǔn)的大氣雨濃度，在26 300 ft 下空氣中雨滴含量為15.2 g/m3，因此，在2%吞雨量條件下接近發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際中的大氣雨濃度。

在4%吞雨量下發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口雨滴含量為25 g/m3，接近于在海平面下大氣雨水含量（20 g/m3）。同時(shí)，國(guó)外航空管理局根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)吞雨實(shí)驗(yàn)中“scoop effect”的影響，提出吞雨實(shí)驗(yàn)中吞雨量應(yīng)超過(guò)4%，且吞雨量一般不超過(guò)10%。因此，在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)設(shè)定的吞雨量為干工況（0%）、2%、4%、6%、8%。

2）雨滴直徑選取

Moravec 等[15]通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出，72%的雨滴直徑集中在0.5 ～2.0 mm 之間，馬慶祥[16]認(rèn)為在吞雨實(shí)驗(yàn)中，吞雨量至少為發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量的4%，且雨滴直徑不超過(guò)2.0 mm。因此，在吞雨量4%時(shí)，研究0.5、1.0、2.0 mm 的雨滴直徑對(duì)風(fēng)扇性能的影響。

1.4 可行性分析

圖2 給出了100%轉(zhuǎn)速無(wú)吞雨條件下實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的風(fēng)扇效率和壓比對(duì)比圖，可看出：數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定誤差，但總體來(lái)看數(shù)值仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果變化趨勢(shì)相同且誤差在可接受范圍內(nèi)。因此，可認(rèn)為數(shù)值仿真模型及計(jì)算方法符合要求。

圖2 數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖Fig.2 Comparison between numerical simulation and experimental results

2 計(jì)算結(jié)果分析

2.1 不同吞雨量下的性能分析

圖3 為不同吞雨量下風(fēng)扇效率和壓比特性對(duì)比圖，可看出：同一雨滴直徑（1.0 mm）、不同吞雨量下風(fēng)扇效率與壓比特性曲線的變化趨勢(shì)與干工況條件下基本相同；當(dāng)逐漸提高出口背壓時(shí)，空氣流量降低，風(fēng)扇效率和壓比先升高后降低，由于空氣流量降低，風(fēng)扇會(huì)逐漸進(jìn)入喘振狀態(tài)；隨著吞雨量增加，風(fēng)扇性能產(chǎn)生惡化，風(fēng)扇效率和壓比不斷降低，且吞雨量越大，風(fēng)扇效率和壓比下降的幅度越大；吞雨對(duì)風(fēng)扇效率的影響較大，對(duì)風(fēng)扇壓比的影響較小，在風(fēng)扇效率特性曲線上，風(fēng)扇效率下降的幅度最大可達(dá)7.17%，而在風(fēng)扇壓比特性曲線上最大僅為0.86%。

圖3 不同吞雨量下風(fēng)扇特性對(duì)比圖Fig.3 Comparison of fan characteristics under different rainfall ingestion volumes

吞雨后風(fēng)扇氣動(dòng)性能產(chǎn)生惡化主要原因有：吞雨量越大，雨滴撞擊葉片產(chǎn)生的動(dòng)量交換越大，消耗的軸功越多，風(fēng)扇效率下降的幅度也就增大；雨滴會(huì)與流場(chǎng)摻混，增加流場(chǎng)的不穩(wěn)定性，加大流動(dòng)損失；雨滴在通道中與壁面碰撞、破碎，破碎的雨滴會(huì)影響葉柵通道中氣流的流動(dòng)，葉柵通道中出現(xiàn)低速區(qū)，使得葉柵通道流通能力變差，可以看到圖3（b）中同一背壓下，隨著吞雨量的增加，空氣流量減小，風(fēng)扇壓比降低。

此外，雨滴的吞入會(huì)對(duì)風(fēng)扇的穩(wěn)定裕度造成影響。穩(wěn)定裕度是用來(lái)衡量工作部件穩(wěn)定工作范圍的參數(shù)，具體表示為

式中：π*為風(fēng)扇壓比；m 為空氣流量；下標(biāo)s 表示喘振邊界；下標(biāo)o 表示設(shè)計(jì)工況。

通過(guò)計(jì)算，干工況和不同吞雨量下的穩(wěn)定裕度和穩(wěn)定裕度變化量如表1 所示。

表1 不同吞雨量下的穩(wěn)定裕度Tab.1 Stability margins under different rainfall ingestion volumes

從表1 可看出，2%吞雨量下的穩(wěn)定裕度略大于干工況下的穩(wěn)定裕度。由于在吞雨過(guò)程中，雨滴與空氣之間存在速度差使得雨滴加速，加速后雨滴具有的慣性增大，具有較大慣性的雨滴可帶動(dòng)葉柵通道中低速區(qū)氣體流動(dòng)，通道中堵塞程度下降，使得穩(wěn)定裕度有一定升高[17]。隨著吞雨量增加，雨滴對(duì)流場(chǎng)的惡化程度急劇增加，低速區(qū)面積增大，雨滴慣性增大所造成的影響減弱。因此，在一定條件下，適當(dāng)吞雨可以加大風(fēng)扇的穩(wěn)定裕度，提高風(fēng)扇穩(wěn)定工作的能力，但超出一定條件，吞雨會(huì)使風(fēng)扇穩(wěn)定裕度下降，吞雨量越大，下降幅度越大。

2.2 不同雨滴直徑下的性能分析

圖4 給出了4%吞雨量和干工況下不同雨滴直徑對(duì)風(fēng)扇效率和壓比的影響。由圖4（a）可知：在近失速邊界時(shí)，小直徑雨滴條件下風(fēng)扇效率略高于大直徑雨滴下，但差別不大；在靠近堵塞邊界時(shí)，大直徑雨滴條件下風(fēng)扇效率高于小直徑雨滴下。由圖4（b）可知，吞雨會(huì)使風(fēng)扇壓比降低，但在同一吞雨量下，雨滴直徑對(duì)壓比的影響較小。

圖4 不同雨滴直徑下風(fēng)扇特性對(duì)比圖Fig.4 Comparison of fan characteristics under different raindrop diameters

通過(guò)計(jì)算，同一吞雨量（4%）、不同雨滴直徑下，風(fēng)扇的穩(wěn)定裕度和穩(wěn)定裕度變化量如表2 所示。

表2 不同雨滴直徑下的穩(wěn)定裕度Tab.2 Stability margins under different raindrop diameters

2.3 流場(chǎng)分析

2.3.1 動(dòng)葉通道

圖5 為風(fēng)扇處于設(shè)計(jì)工況時(shí)，同一雨滴直徑（1.0 mm）、不同吞雨量下，動(dòng)葉通道出口截面效率徑向分布曲線圖（圖中曲線從右至左依次為干工況、2%、4%、6%和8%吞雨量下效率曲線），可看出：不同吞雨量下動(dòng)葉通道出口截面效率的變化趨勢(shì)與干工況條件下基本相同；在葉根區(qū)域，效率較低；在葉根至20%葉高區(qū)域內(nèi)，效率開(kāi)始逐漸增加；在20%～80%葉高區(qū)域內(nèi)，效率略有波動(dòng)，但總體上相比葉根區(qū)域，效率呈增加趨勢(shì)；在80%葉高至葉尖區(qū)域內(nèi)，效率剛開(kāi)始時(shí)緩慢降低，到90%葉高附近時(shí)，效率急劇降低，越靠近葉尖區(qū)域效率下降越快，在葉尖處效率達(dá)到最低值；此外，不同吞雨量下，效率差距主要在20%～90%葉高區(qū)域，葉根至20%葉高區(qū)域內(nèi)效率差距較小。

圖5 動(dòng)葉通道出口截面效率徑向?qū)Ρ葓DFig.5 Radial comparison of cross section efficiency of rotor blade passage

選取干工況、4%和8%吞雨量3 種吞雨條件下進(jìn)行流場(chǎng)的對(duì)比分析，文中的研究對(duì)象為亞音速風(fēng)扇（風(fēng)扇內(nèi)氣流馬赫數(shù)小于1），因此，通道中造成的損失主要有尾跡損失、葉尖泄漏渦造成的損失及通道中各種渦流相互摻混造成的損失等。

圖6 為不同吞雨量下動(dòng)葉通道S3 面靜熵云圖，其中，黑色箭頭表示葉片旋轉(zhuǎn)方向，即從吸力面向壓力面處旋轉(zhuǎn)。在葉根至葉尖區(qū)域中帶狀軌跡為尾跡區(qū)，可以看到不同吞雨量下尾跡變化基本相同。在葉根區(qū)域，輪轂附面層在橫向壓力梯度驅(qū)使下由壓力面向吸力面橫向遷移，并與吸力面附面層匯聚，堆積于吸力面角區(qū)，因此，葉根區(qū)域熵值較大，流動(dòng)損失相應(yīng)較大。在葉根至90%葉高區(qū)域，尾跡區(qū)面積逐漸增大，熵值先減小后增大，尾跡造成的流動(dòng)損失整體上相比葉根區(qū)域是減少的，因此，這一區(qū)域的效率相比葉根區(qū)域整體上是增加的。在90%葉高至葉尖區(qū)域內(nèi)，可看到這一區(qū)域存在明顯的高熵值區(qū)，損失急劇增加，效率明顯降低，這種現(xiàn)象主要是由于葉尖泄漏渦引起的。

圖6 不同吞雨量下動(dòng)葉通道S3 面靜熵云圖Fig.6 Static entropy nephogram on S3 surface of rotor blade passage under different rainfall ingestion volumes

對(duì)比3 種條件下靜熵云圖，還可看到在圖6 中方框區(qū)域，熵值較葉片中部有所增加。隨著吞雨量的增加，方框中高熵區(qū)的面積在不斷增加，且逐漸向葉片中部延伸。造成這一現(xiàn)象的原因可能是當(dāng)雨滴在離心力的作用下運(yùn)動(dòng)到葉片上半葉高區(qū)域時(shí)，較多的雨滴會(huì)堆積在葉片壓力面，葉片吸力面上雨滴較少。此后，一部分雨滴會(huì)在離心力的作用下運(yùn)動(dòng)到葉片頂端區(qū)域，對(duì)頂端區(qū)域的流場(chǎng)造成影響；一部分雨滴會(huì)向葉片尾緣處運(yùn)動(dòng)，與尾緣處流場(chǎng)的摻混加劇，且吞雨量越大越明顯。因此，3 種吞雨條件下，上半葉高紅色方框區(qū)域中尾跡損失隨吞雨量增加而增加。

圖7 給出不同吞雨量下隨吞雨量增加而增加動(dòng)葉通道S3 面壓比云圖，可看出：在葉片前緣泄漏渦渦核區(qū)面積較小，渦核區(qū)壓比極小，泄漏渦造成的流動(dòng)損失較大；之后在葉柵通道中泄漏渦發(fā)生擴(kuò)散，尺寸變大，且渦核區(qū)壓比逐漸增大，此時(shí)的流動(dòng)損失較葉片前緣處有所降低。對(duì)比3 種條件下葉尖區(qū)域壓比云圖可看到，隨著吞雨量的增加，在動(dòng)葉葉片前緣，同一截面上泄漏渦渦核區(qū)壓比值和面積變化不明顯，但之后沿泄漏渦運(yùn)動(dòng)方向，渦核區(qū)面積在緩慢增大，可認(rèn)為隨著吞雨量的增加，泄漏渦引起的損失在增加，這是造成葉尖區(qū)域在不同吞雨量下效率存在差距的原因之一。

圖7 不同吞雨量下動(dòng)葉通道S3 面壓比云圖Fig.7 Pressure ratio nephagram on S3 surface of rotor blade passage under different rainfall ingestion volumes

圖8 為不同吞雨量下動(dòng)葉通道99%葉高區(qū)域S1面靜熵云圖，其中，虛線為泄漏渦軌跡，箭頭表示泄漏渦運(yùn)動(dòng)方向。由圖8 可知：隨著吞雨量的增加，泄漏渦渦核區(qū)熵值略微增加，泄漏渦在葉柵通道中引起的高熵區(qū)面積在不斷增大，使葉柵下游中由其他渦流或雨滴摻混引起的損失區(qū)域（方框區(qū)域）面積在不斷減小；泄漏渦軌跡隨著吞雨量的增加在葉柵通道中不斷延伸，吞雨量越大越靠近相鄰葉片尾緣，與相鄰葉片尾緣處的流場(chǎng)摻混更加劇烈。

圖8 不同吞雨量下動(dòng)葉通道99%葉高區(qū)域S1 面靜熵云圖Fig.8 Static entropy nephogram of S1 surface at 99%blade height region of rotor blade passage under different rainfall ingestion volumes

2.3.2 靜葉通道

圖9 為同一雨滴直徑（1.0 mm）、不同吞雨量下靜葉通道出口截面總壓損失系數(shù)徑向?qū)Ρ葓D，總壓損失系數(shù)表示為

式中：P*in為靜葉通道進(jìn)口截面平均總壓；P*out為靜葉通道出口截面平均總壓；Pin為靜葉通道進(jìn)口截面平均靜壓。

由圖9 可知，在靜葉通道出口處：葉根至80%葉高的區(qū)域，總壓損失系數(shù)在逐漸減小；在通道80%葉高至葉尖區(qū)域，總壓損失系數(shù)在急劇增大；總壓損失系數(shù)在葉根至60%葉高區(qū)域相差較小，從60%葉高區(qū)域開(kāi)始，同一葉高處，吞雨量越大，總壓損失系數(shù)越大。由于雨滴在動(dòng)葉通道運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到離心力的作用，當(dāng)雨滴進(jìn)入到靜葉通道時(shí)，雨滴大部分會(huì)聚集在靜葉通道上半葉高區(qū)域（圖10），使靜葉通道上半葉高區(qū)域的流場(chǎng)發(fā)生惡化，進(jìn)而使得流動(dòng)損失增加。

圖9 不同吞雨量下靜葉通道出口截面總壓損失系數(shù)徑向?qū)Ρ葓DFig.9 Radial comparison diagram of total pressure loss coefficient at outlet section of stator blade passage under different rainfall ingestion volumes

圖10 雨滴運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.10 Schematic diagram of raindrop movement

以90%葉高區(qū)域?yàn)槔治?，圖11 為不同吞雨量下靜葉通道90%葉高區(qū)域S1 面靜熵云圖，可看出：干工況條件下，高熵區(qū)主要處于葉片尾緣及通道下游區(qū)，且沿軸向方向熵值在不斷減小，面積在逐漸增大；隨著吞雨量的增加，高熵區(qū)在葉柵通道中的面積逐漸增大，熵值也在不斷增大，在4%吞雨量下，葉柵下游高熵區(qū)面積在增大，且開(kāi)始往葉柵通道中延伸，在8%吞雨量下高熵區(qū)已經(jīng)逐漸擴(kuò)散至整個(gè)葉柵通道。

圖11 不同吞雨量下靜葉通道90%葉高區(qū)域S1 面靜熵云圖Fig.11 Static entropy nephogram of S1 surface at 90%blade height region of stator blade passage under different rainfall ingestion volumes

由于雨滴在離心力的作用下運(yùn)動(dòng)到上半葉高區(qū)域時(shí)，雨滴會(huì)與葉片表面和機(jī)匣壁面發(fā)生碰撞、破碎，使得雨滴數(shù)目增加，與空氣的接觸面積增加，這種情況下雨滴與氣流之間的阻力增加，雨滴與流場(chǎng)摻混造成的損失也隨之增多，吞雨量越大這種現(xiàn)象越明顯，這是造成靜葉通道中損失主要集中在上半葉高區(qū)域的主要原因。

3 結(jié)語(yǔ)

以DGEN380 中的風(fēng)扇為研究對(duì)象，對(duì)吞雨過(guò)程中風(fēng)扇氣動(dòng)性能的變化及不同吞雨量對(duì)流場(chǎng)的影響進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論。

（1）在吞雨過(guò)程中：同一雨滴直徑下，隨著吞雨量的增加，風(fēng)扇效率、壓比、穩(wěn)定裕度均下降，吞雨量越大，下降幅度越大；吞雨對(duì)風(fēng)扇效率的影響較大，對(duì)風(fēng)扇壓比的影響較?。煌煌逃炅?、不同雨滴直徑下，風(fēng)扇壓比的變化較小，堵塞邊界風(fēng)扇效率的變化較大。

（2）同一雨滴直徑、不同吞雨量下，在動(dòng)葉通道中：隨著吞雨量的增加，尾跡與葉尖泄漏渦引起的損失增加；在葉根至90%葉高區(qū)域中，尾跡區(qū)面積在增大，熵值先減小后增大，出口截面效率整體上較葉根區(qū)域呈增大趨勢(shì)；在葉尖區(qū)域由于泄漏渦的作用使得葉尖區(qū)域流動(dòng)損失增大，出口截面效率急劇下降。

（3）同一雨滴直徑、不同吞雨量下，靜葉通道出口截面中沿葉高方向，總壓損失系數(shù)先減小后增大，在60%葉高至葉尖區(qū)域的總壓損失系數(shù)隨著吞雨量的增大而增大。雨滴摻混引起的損失隨吞雨量的增加而增加，主要由于在靜葉上半葉高區(qū)域雨滴發(fā)生破碎、雨滴與流體之間的摻混加劇，使得流場(chǎng)損失增加。

基于兩相流原理，對(duì)DGEN380 中的風(fēng)扇吞雨進(jìn)行數(shù)值模擬，探究了雨滴對(duì)風(fēng)扇性能的影響，為之后發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇在復(fù)雜進(jìn)氣條件下工作機(jī)理的研究提供一定理論基礎(chǔ)。