[发明专利]燃滑油管路的防火仿真分析方法

说明书

燃滑油管路的防火仿真分析方法，在仿真环境下获取火焰燃烧器以及基于该火焰燃烧器的标准火焰，将燃滑油管路置于该火焰燃烧器上方设定位置进行火焰热冲击仿真，提取燃滑油管路的温度数据；将管路受火焰冲击区域划分为控制体，通过控制体的能量守恒方程的求解，获取燃滑油管路的工质出口温度，以沸点作为判定准则，初步判定燃滑油管路内工质是否有相变发生；先计算不加火焰时的燃滑油管路内的稳态流场，获取稳态流场计算结果；在稳态流场计算结果的基础上，进行所述热态传热求解。上述方法可将燃滑油管路防火仿真的物理过程解耦，以准确仿真燃滑油管路防火试验以支撑燃滑油管路的防火适航取证工作。

技术领域

本发明涉及航空发动机部件的数值模拟，具体涉及燃滑油管路的仿真。

背景技术

满足防火性能要求是民用航空发动机的一项关键指标，也是航空发动机保持最低安全水平、满足适航要求的基本条件之一。为确保发动机火区内发生火情时，仍能够有效工作至安全停车，且不会进一步扩大火情，CCAR33.17防火条款要求，发动机火区内的结构和部件必须达到一定的防火等级(耐火或防火)，并通过部件防火试验表明符合性。其中防火、耐火分别指零件、部件及附件在规定的工作状态下经受标准火焰(平均温度1100±80℃、平均热流116±10kW/m2)作用15分钟(防火)、5分钟(耐火)后，仍保持结构的完整性，或具有执行预期功能的能力。

燃滑油部件防火试验的严苛度高，成功率较低，且由于是破坏性试验，试验成本也较高。因此，国外航空飞机和发动机厂商采用先进的CFD技术、有限元结构分析技术，充分发展了基于数值模拟的部件防火虚拟仿真技术，可开展试验前的预分析，以提高试验通过率及部件供应商的筛选能力，甚至在一定程度上代替部件试验。国内民用飞机和发动机的适航取证技术刚刚起步，在燃滑油部件防火试验和分析方面研究经验不足，在部件防火性能仿真方面仍处于技术空白，燃滑油部件防火试验的数值仿真方法研究不足。

由于航空燃滑油管路在防/耐火试验过程中，外部受到标准火焰冲击，涉及燃烧、对流及辐射换热，管路内涉及流固传热、燃滑油介质的相变、两相流动及多组分气液间的传热传质，是一个多物理场相互耦合的复杂问题，进行流固热耦合的仿真计算非常困难，而开展燃滑油部件防火试验的数值仿真方法研究，建立试验前评估及预分析的能力，对于提高材料遴选、燃滑油部件设计与验证的能力、降低后期适航取证风险及周期具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃滑油管路的防火仿真分析方法，将燃滑油管路防火仿真的物理过程解耦，可准确实现燃滑油管路防火的数值模拟，给出燃滑油部件的防火性能设计优化方案。

所述燃滑油管路的防火仿真分析方法在仿真环境下执行以下步骤：获取火焰燃烧器以及基于该火焰燃烧器的标准火焰，将燃滑油管路置于该火焰燃烧器上方设定位置进行火焰热冲击仿真，提取燃滑油管路的温度数据；将管路受火焰冲击区域划分为控制体，通过控制体的能量守恒方程的求解，获取燃滑油管路的工质出口温度，以沸点作为判定准则，初步判定燃滑油管路内工质是否有相变发生；先计算不加火焰时的燃滑油管路内的稳态流场，获取稳态流场计算结果；在所述稳态流场计算结果的基础上，进行所述热态传热求解，包括在所述燃滑油管路上负载提取的所述温度数据，根据所述判定准则，如果燃滑油管路内没有相变风险，则只进行流固耦合传热仿真，如果燃滑油管路内发生相变，则进行流固耦合相变仿真；基于所述热态传热求解的结果，得出燃滑油管路表面的温度、工作介质的温度分布及压力变化，依据燃滑油管路的材料的许用温度及结构的承压极限，对燃滑油管路的防耐火能力进行综合评估。

在火灾动态仿真软件FDS中对所述标准火焰进行模拟，火焰燃烧器选用Park液体燃烧器。

所述稳态流场计算选用Fluent软件进行计算。

在进行所述稳态流场计算时，该燃滑油管路采用结构化网格，分为固体域和流体域，然后选择压力基求解器，打开能量方程和湍流模型，先计算不加火焰时的稳态流场，获取稳态流场计算结果。