發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室模型熱—聲—固耦合分析方法研究.pdf

1、近些年來，如何減少空氣污染問題在全球已經(jīng)成為一個(gè)十分重要的研究課題。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)化學(xué)燃料燃燒過程中，主要的污染物為氮氧化物。為了減少這種污染物的排放，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)中應(yīng)用預(yù)混燃燒。預(yù)混燃燒雖然減少氮氧化物的排放，但是要求有較長的燃燒室結(jié)構(gòu)，這樣增加了燃燒室的聲壓水平。長時(shí)間的聲壓作用使結(jié)構(gòu)振動(dòng)，導(dǎo)致燃燒室疲勞變形。本文主要研究燃燒室中燃燒產(chǎn)生的熱、聲和燃燒室壁面振動(dòng)三者之間的耦合關(guān)系。一些相關(guān)論文分別介紹了燃燒室熱-聲

2、耦合和聲-固耦合的研究問題，本文嘗試把燃燒室的熱、聲、結(jié)構(gòu)振動(dòng)聯(lián)合起來進(jìn)行研究。通過對燃燒室熱-聲-固耦合機(jī)理的研究，得出了燃燒火焰、燃燒室聲壓和燃燒室結(jié)構(gòu)振動(dòng)三者之間的耦合關(guān)系，找出了三者之間耦合的幾種研究方法，并使用文中的方法2進(jìn)行燃燒室模型的熱聲固耦合研究。為了更加準(zhǔn)確研究發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室熱-聲-固耦合，本文采用試驗(yàn)和軟件分析相結(jié)合的方案。本文進(jìn)行了燃燒室熱-聲-固耦合問題研究的試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置能滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)燃

3、燒室基本特性，同時(shí)能進(jìn)行火焰燃燒情況、聲壓大小和結(jié)構(gòu)振動(dòng)的測量，試驗(yàn)裝置還設(shè)有冷卻設(shè)備和安全保護(hù)裝置。本文詳細(xì)介紹了試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)思想和主要部件的設(shè)計(jì)尺寸，并使用FLUENT軟件分析了燃燒室熱-聲耦合現(xiàn)象，結(jié)合燃燒產(chǎn)生的溫度場、全壓力場、速度場和聲壓力場分析了熱對聲產(chǎn)生的影響，通過推導(dǎo)得出熱聲耦合數(shù)學(xué)計(jì)算公式。使用ANSYS軟件，計(jì)算了燃燒室二維和三維模型的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)和特征頻率，得出幾種情況下燃燒室模型的聲-固耦合情況；在燃燒室中模擬