高油氣比駐渦燃燒室流動與燃燒性能研究.pdf

1、駐渦燃燒室(Trapped Vortex Combustor,簡稱TVC)是一種非常有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的新概念燃燒室,目前的試驗(yàn)結(jié)果證明了其優(yōu)于常規(guī)旋流穩(wěn)定燃燒室的性能:火焰穩(wěn)定范圍寬、燃燒效率高、氮氧化物排放低等,駐渦燃燒室也因此成為未來軍用航空發(fā)動機(jī)高油氣比燃燒室發(fā)展的重要方向之一。本文結(jié)合試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬研究,基于高油氣比駐渦燃燒室開展了燃燒室氣動方案、油氣方案、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),并就燃燒室氣動特性、部分關(guān)鍵技術(shù)和燃燒性能開展了系

2、統(tǒng)而深入的研究。
　　應(yīng)用粒子圖像測速技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法獲得了燃燒室冷態(tài)流場宏觀特性及細(xì)節(jié)特征。結(jié)果表明,凹腔流動的兩種典型模式同時(shí)存在于本文設(shè)計(jì)的燃燒室中,聯(lián)焰板截面為單渦模式,聯(lián)焰板中間截面為雙渦模式;不同截面凹腔與主流摻混的機(jī)理和程度不同,這種差異也增強(qiáng)了流動的三維特性;本文研究參數(shù)范圍內(nèi),流動已經(jīng)處于自模狀態(tài),燃燒室進(jìn)口馬赫數(shù)的變化對燃燒室流動結(jié)構(gòu)沒有影響,馬赫數(shù)升高,火焰筒內(nèi)渦量增大,混合增強(qiáng);對于本文高油氣比駐渦燃燒室

3、,standard k-ε湍流模型對流場的預(yù)測精度最高。
　　開展了駐渦燃燒室進(jìn)氣結(jié)構(gòu)和供油技術(shù)的研究。提出了一種被動流動控制方法優(yōu)化凹腔流動,數(shù)值結(jié)果表明,在凹腔前壁進(jìn)氣縫中設(shè)置局部阻塞區(qū)可以在凹腔內(nèi)誘導(dǎo)流向渦,增強(qiáng)凹腔流動的三維特性,強(qiáng)化混合。對聯(lián)焰板結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn),聯(lián)焰板的寬度、傾角等結(jié)構(gòu)參數(shù)以及聯(lián)焰板與凹腔前壁進(jìn)氣的匹配對凹腔內(nèi)的流動、燃燒影響很大,是駐渦燃燒室設(shè)計(jì)中的兩個關(guān)鍵因素,本文獲得的聯(lián)焰板最佳寬度為20mm、最佳

4、傾角0°,凹腔阻塞區(qū)位于相鄰兩聯(lián)焰板中間對應(yīng)的燃燒性能最好。研究結(jié)果拓展了關(guān)于聯(lián)焰板作用的認(rèn)識,對駐渦燃燒室設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。提出了部分預(yù)混預(yù)蒸發(fā)多點(diǎn)供油的主燃級供油方案,開展冷態(tài)試驗(yàn)獲得了鈍體空腔孔徑、面積比等結(jié)構(gòu)參數(shù)以及進(jìn)口馬赫數(shù)等對性能的影響,開展燃燒試驗(yàn)初步驗(yàn)證了該方案的可行性。完成了值班級離心噴嘴油霧特性對凹腔燃燒性能的影響試驗(yàn),獲得的最佳油霧錐角為60°,試驗(yàn)結(jié)果表明,空心油霧錐性能優(yōu)于實(shí)心油霧錐。
　　開展了常

5、壓進(jìn)口條件僅凹腔供油和凹腔/主燃級同時(shí)供油兩種模式下燃燒室燃燒性能的試驗(yàn)研究,獲得了進(jìn)口馬赫數(shù)、總油氣比、兩級燃油分配等參數(shù)對燃燒性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,473K進(jìn)口溫度下燃燒室貧油熄火油氣比最低為0.0042,兩級同時(shí)工作模式下燃燒效率最高為99.8％,在一定程度上解決了高油氣比燃燒室貧油熄火性能和大狀態(tài)燃燒效率的矛盾。隨著凹腔供油比例的升高(20%~50%),燃燒效率降低。出口溫度分布系數(shù)變化范圍為0.14~0.18。