駐渦燃燒室流動特性的冷態(tài)數(shù)值研究.pdf

1、在旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動機(jī)中，駐渦燃燒室工作于旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的高壓、高速進(jìn)氣條件下，其燃燒穩(wěn)定性、燃料適應(yīng)性、燃燒效率、排放性能等都急待研究。對駐渦燃燒室(Trapped Vortex Combustor，簡稱為TVC)幾何參數(shù)和氣動結(jié)構(gòu)以及流場有細(xì)致而清晰的了解和認(rèn)識，將有助于實現(xiàn)旋渦穩(wěn)定火焰的思想。本文以優(yōu)化TVC幾何結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，研究TVC的幾何結(jié)構(gòu)及其流場信息，從火焰穩(wěn)定和旋渦穩(wěn)定火焰對流場流動特性的影響出發(fā)，分析TVC的流場結(jié)構(gòu)和性

2、質(zhì)。
　　 首先，在駐渦腔無氣體噴射時，采用定常方法研究中心鈍體式TVC幾何結(jié)構(gòu)與尺寸、單鈍體TVC的鈍體結(jié)構(gòu)形式、主流速度、鈍體堵塞比，以及前、后鈍體間距的影響。前鈍體結(jié)構(gòu)形式包括前鈍體頭部形狀、流向長度和后端面形狀；后鈍體結(jié)構(gòu)形式包括后鈍體形狀、寬度和流向長度。研究發(fā)現(xiàn)，67％的鈍體堵塞比下可以獲得最佳流場結(jié)構(gòu)，TVC駐渦腔內(nèi)的氣體流動狀況最有利于形成穩(wěn)定的氣流流動區(qū)域。此時，最佳鈍體配置方式為前鈍體為圓形頭部，流向長度為前

3、鈍體寬度的50％，后端面采用中心凸起結(jié)構(gòu)形式，而后鈍體采用長方體結(jié)構(gòu)形式，寬度為前鈍體的73％，流向長度為15～20 mm，前后鈍體間距為前鈍體寬度60％。
　　 駐渦腔有氣體噴射的TVC流場的研究也采用定常計算方法，分別研究了后鈍體噴孔位置、噴孔直徑、噴射速度、噴射角度的影響，以及設(shè)置噴射后鈍體寬度與當(dāng)量氣動寬度之間的變化和依存關(guān)系。通過計算發(fā)現(xiàn)，前鈍體噴孔最佳位置為前鈍體后端面中心處，后鈍體噴孔最佳位置位于最靠近主流的駐渦腔

4、邊緣處；最佳噴孔直徑比例關(guān)系為前鈍體噴孔為后鈍體噴孔的3倍。前鈍體噴射速度對駐渦腔流動影響較大，后鈍體噴射角度為向駐渦腔內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)70°時形成有利于穩(wěn)定駐渦腔氣流流動穩(wěn)定的流動條件。
　　 最后，進(jìn)行無駐渦腔氣體噴射和有駐渦腔氣體噴射兩種情況下的非定常計算，研究駐渦腔隨時間進(jìn)程的流動特性。結(jié)果表明：駐渦腔未設(shè)置噴射時，駐渦腔內(nèi)存在一組穩(wěn)定的旋渦，旋渦的均勻性和穩(wěn)定性在駐渦腔設(shè)置氣體噴射后得以加強(qiáng)。駐渦腔旋渦的穩(wěn)定為形成和穩(wěn)定將為燃