1、第 卷 第 期兵 器 装 备 工 程 学 报 年 月 收稿日期:修回日期:作者简介:马平昌()男硕士研究生工程师:.:./.高湿环境下盐雾气溶胶混匀装置研究马平昌高 飞刘 玥路梓照丁智力崔英伟(.北京强度环境研究所 北京.天津航天瑞莱科技有限公司北京分部 北京)摘要:为了提高航空发动机腐蚀敏感性试验考核的一致性并考虑试验要求盐雾气溶胶粒子的粒径、所处的环境参数以及评价标准的特殊性进行了高湿环境下的盐雾气溶胶混匀研究 通过对混匀装置的气动设计和结构设计提出采用多孔注入技术结合扰流元件的混匀装置其中多孔注入器的结构有效地结合了多点注入和圆柱扰流的作用实现了初始截面气溶胶浓度的快速均混 采用海洋大气
2、中典型微粒盐雾气溶胶作为粒子源对多孔注入器单体和组合式混匀装置进行混匀性能测试 试验结果表明在典型海洋高湿盐雾环境下多孔注入器 倍风道等效直径的距离内可以快速实现盐雾含量混匀截面均匀性满足而组合式的混匀装置可以进一步提升了截面属性的均匀性其中盐雾含量的均匀性.风速均匀性.截面温度.关键词:腐蚀敏感性试验高湿盐雾气溶胶均匀性多点注入扰流元件本文引用格式:马平昌高飞刘玥等.高湿环境下盐雾气溶胶混匀装置研究.兵器装备工程学报():.:.():.中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:引言腐蚀敏感性试验对于航空发动机而言是一项非常重要的鉴定试验由于缺乏相关技术和设备我国很长一段时间未成功开展
3、此类试验 腐蚀敏感性试验要求模拟发动机在运行及存放过程中环境以及进气的盐雾浓度相关标准 仅指出盐雾气溶胶浓度模拟精度应处于 以内而未明确盐雾气溶胶在供气截面的均匀性指标实际上发动机进气前端供气风道截面的盐雾气溶胶浓度均匀性直接关系到试验考核的一致性目前关于气溶胶混匀的研究主要集中于过滤器检测设备空气过滤器与高效过滤器试验检测标准 均指出过滤器上游气溶胶应分布均匀在至少 个均匀分布的测点上其中任一点的流速和气溶胶浓度不偏离平均值的 过滤器检测设备中气溶胶混匀装置主要采用单点注入方式通过各类混匀元件扰流实现气溶胶混匀其中欧洲和美国的空气过滤器试验台使用混合孔板及多孔扩散板的组合作为风速和气溶胶的混
4、匀装置日本过滤单元试验装置 采用变径风管作为气溶胶混匀装置/中的钠焰法试验风道采用 倍直径的直管段以及缓冲箱作为气溶胶混匀装置 空气过滤器性能检测试验的混匀装置对于航空发动机腐蚀敏感性试验具有很好的借鉴意义但是对于一般空气过滤器或者高效过滤器具有截面均匀性要求的气溶胶粒子均.供气相对湿度 粒子在高风速作用下的空间均匀性优于低风速这是由于高风速气流内部流动更加紊乱一定程度上加强了大粒径气溶胶的混匀图 多孔注入器性能测试中不同位置的粒子数.高湿环境下微粒盐雾气溶胶粒子呈球形分布对于微粒气溶胶忽略重力影响根据测试得到不同粒径的粒子数进行计算可得风道截面的盐雾含量计算见式()()式中:为修正系数由实际
5、标定获取 为盐雾粒子的密度取./为通道粒子直径为某通道对应的粒子数为风道本底某通道对应的粒子数为单次取样周期内吸入空气质量取.计算结果如表 所示 由表 可知测试截面盐雾含量平均值与理论值最大偏差仅为.满足测试评价要求 采用多孔注入器进行盐雾气溶胶多点注入时在不同风速下均具有较好的质量浓度混匀效果尽管大粒径盐雾气溶胶在测试截面高度方向和宽度方向上数量有一定的差别但测试截面不同位置的盐雾质量含量均匀性均满足 对比 、位置测试结果可以发现截面盐雾含量在不同宽度位置处沿高度均呈现逐渐降低的趋势这是由于测试截面下部与多孔注入器集气管末端对应集气管末端静压较大对应下部的喷射气流量较大而气溶胶到达末端位置的
6、过程中则会逐渐产生一定的沿程损失 测试截面沿宽度方向的盐雾含量理论上因呈现对称分布规律实际测试结果存在偏差可能是由于加工以及测量误差累计所导致的兵 器 装 备 工 程 学 报:/./表 多孔注入器性能测试截面盐雾含量 测试位置盐雾含量/工况 工况 平均值.混匀装置性能测试对多孔注入器和扰流板进行组合安装采用试验工况 环境条件进行混匀装置性能测试 扰流板安装于多孔注入器后方.位置处在扰流板后方 位置处进行截面盐雾均匀性的测试评估 风道截面 点测试结果如图 所示由图 可知测试截面气溶胶粒子在不同高度和不同宽度位置的数量一致性均得到改善对于粒径 粒子尤为明显 对测试得到不同粒径的数量浓度进行计算可得
7、风道截面的盐雾含量计算结果如表 所示 风道截面平均盐雾含量为 相对单纯使用多孔注入器盐雾含量有所损失但是混匀装置的使用大大提升了截面盐雾含量的均匀性不同位置的含量与截面平均盐雾含量的最大偏差为.最小可达.远远高于过滤器试验检测标准气溶胶截面均匀性的要求因此基于多孔注入器和扰流板的组合式混匀装置可以在高湿环境下大大提升盐雾气溶胶质量浓度的截面均匀性改善发动机腐蚀敏感性试验的一致性图 混匀装置性能测试不同位置粒子数.表 混匀装置性能测试截面盐雾含量 测试位置盐雾含量/测试位置盐雾含量/平均值 采用热线风速仪如图 所示 在扰流板后方 位置处进行截面风速和温度均匀性的测试测试结果如表 所示图 热线风速
8、仪.表 混匀装置性能测试截面风速及温度 测试位置风速/()温度/.平均值.由表 可知测试点的风速随位置的变化基本沿宽度和高度方向呈两端低、中间高的对称分布形成这种分布的主要原因是近壁面低速区的影响各点与平均值的最大偏差点为.因此测试位置处具有较好的截面风速均匀性测试点的温度随位置的变化同样呈现两端低、中间高的对称分布形成这种分布的主要原因是外界环境温度低于管路内部近壁面由于漏热产生温度场梯度导致的 各点与平均值的最大偏差为.因此测试位置处截面温度场处于均匀分布马平昌等:高湿环境下盐雾气溶胶混匀装置研究 结论盐雾气溶胶混匀装置由多孔注入器和扰流元件组合而成 多孔注入器的结构有效地结合了多点注入和
9、圆柱扰流的作用实现了初始截面气溶胶浓度的快速均混均匀度多孔注入器与扰流元件组合后流场形成了多孔注入器后方柱状漩涡在高度方向上二次卷曲的流动形态从而实现了风道内气溶胶双向均混的效果进一步改善了截面盐雾浓度的均匀性特别是对于大粒径粒子 混匀装置性能测试结果表明在典型海洋高湿微盐环境下混匀装置在 倍风道等效直径的距离内可以实现盐雾含量的均匀性.风速均匀性.截面温度.参考文献:/航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范使用指南././航空涡轮螺桨和涡轮轴发动机通用规范使用指南./.航空涡轮螺桨和涡轮轴发动机通用规范.():./.刘金旭.高效过滤器检测系统混匀装置的优化研究.天津:天津大学.:.王轩.气溶胶吸湿特性研究.北京:中国环境科学研究院.:.向延华鲁亮胡宇鹏.基于海洋大气环境的盐雾参数分析.电子技术:.:.丘丹圭李新志侯建荣等.用于核空气净化系统现场试验的多点注入和多点取样技术.中国辐射卫生():.():.蔡增基龙天渝.流体力学泵与风机.北京:中国建筑工业出版社:.:.王慧.带狭缝圆柱钝体流量测量特性研究.杭州:中国计量学院.:.杨晚生张吉光韩海涛等.静压式均匀送风道送风机理分析.广东工业大学学报():.():./.():.科学编辑 杨继森 博士(重庆理工大学教授)责任编辑 胡君德兵 器 装 备 工 程 学 报:/./
