基于駐渦穩(wěn)定的航空發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)焰燃燒技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的低污染燃燒技術(shù)已無(wú)法滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)CAEP6污染物排放標(biāo)準(zhǔn),因此需要發(fā)展新的低污染燃燒技術(shù)?；隈v渦穩(wěn)定的無(wú)焰燃燒技術(shù)污染物排放低,并且能在低工況下穩(wěn)定燃燒,改善駐渦燃燒出口溫度分布,在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上具有廣闊應(yīng)用前景。
　　 本文將數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,優(yōu)化了燃燒室的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行參數(shù),研究了火焰形態(tài)、總壓損失、燃燒效率以及污染物排放等特性隨著燃燒室進(jìn)口條件和燃料分配比例變化的規(guī)律,總結(jié)了形成無(wú)焰燃燒狀態(tài)的條件,證明了該技術(shù)的可

2、行性。首先,通過(guò)三維CFD模擬對(duì)設(shè)計(jì)的基于駐渦穩(wěn)定的無(wú)焰燃燒模型燃燒室進(jìn)行了優(yōu)化,并初步分析了燃燒室性能以及達(dá)到無(wú)焰燃燒的可能性。模擬結(jié)果表明凹腔內(nèi)噴入燃油燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c來(lái)自主燃區(qū)的空氣燃油混合物摻混良好是在凹腔下游形成無(wú)焰燃燒的關(guān)鍵。在中心體增加次凹腔后燃燒室出口OTDF達(dá)到0.131,RTDF達(dá)到0.08,性能優(yōu)于單凹腔燃燒室,能滿足燃燒室性能要求。三維模擬得到了燃燒室溫度場(chǎng)、組分濃度場(chǎng)等燃燒室流場(chǎng)特性,為詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)(

3、Chemical Reactor Networks,CRN)模型的建立提供了數(shù)據(jù)。然后,基于三維CFD模擬結(jié)果建立詳細(xì)的CRN模型預(yù)測(cè)燃燒室出口污染物排放,分析頭部與凹腔燃油分配比例、入口空氣溫度以及工作壓力等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)污染物排放的影響。計(jì)算結(jié)果表明凹腔當(dāng)量比在0.4～0.5時(shí)燃燒室污染物排放最低。隨著燃燒室工作壓力的升高,Nox排放增加,壓力高于10atm后Nox與CO排放基本保持不變。CRN模型方法計(jì)算時(shí)間短,準(zhǔn)確度高,可以優(yōu)化燃燒

4、室設(shè)計(jì),為實(shí)驗(yàn)研究提供參考數(shù)據(jù)。最后,對(duì)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的燃燒室進(jìn)行了常壓實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)觀察到入口空氣溫度低于450K時(shí),燃燒室內(nèi)發(fā)生爆燃,燃燒不穩(wěn)定。隨著燃燒室內(nèi)溫度升高(高于550K),燃燒狀態(tài)過(guò)渡到無(wú)焰燃燒。在低工況下,只通過(guò)凹腔噴嘴噴入燃油可以維持穩(wěn)定燃燒,但是燃燒效率較低,觀察到大量排氣冒煙現(xiàn)象;在設(shè)計(jì)狀態(tài)下,燃燒室內(nèi)形成無(wú)焰燃燒,CO和Nox的排放均小于30ppm(@15％O2),燃燒效率接近100％,出口溫度分布系數(shù)僅為0.0