环形燃烧室周向点火机理实验研究

发布时间：2020-04-20 20:34

【摘要】：环形燃烧室因其结构紧凑、重量轻等优势被现代航空发动机普遍采用,理解其周向点火机理对燃烧室设计具有重要意义。由于直接面向全尺寸工业级燃烧室的点火实验测量难度大、成本高,所以发展实验室尺度的环形燃烧室模型成为机理研究的一种有效手段。本文发展了一系列燃烧室模型,首先研究了单头部旋流燃烧室出口冷态速度场及火焰特征;之后在浙江大学TurboCombo实验平台上进行周向点火(Light-round)机理实验研究,着重关注两种点火模式下(先点火后通燃料,SFFL;先通燃料后点火,FFSL)的火焰传播特征,周向点火时间及其随当量比、主流速度等因素的变化规律。发现受湍流掺混的影响,SFFL模式的点火过程随机性较大,周向点火时间较长且主要受流动控制,随主流速度的增大而缩短。而FFSL模式的点火过程更快、重复性好,周向点火时间随当量比的增大而缩短;进一步地,考虑了涡轮导叶出口对点火过程的影响规律。火焰传播过程及形态没有明显变化,但周向点火时间有所缩短,这可能是因为收缩型出口流道和涡轮导叶改变了点火过程中燃烧室内非定常流场结构造成的;最后研究了改变喷嘴方向的斜喷环流环形燃烧室中的点火过程,分析周向环流对火焰传播的影响。发现因喷嘴方向改变引入的周向速度分量明显改变了周向点火过程,在SFFL模式下火焰仅沿该分量方向单向传播,周向点火时间大大延长,但整个点火过程包括周向火焰传播速度主要由流动特性决定。而在FFSL模式下火焰虽仍保持双向传播,但对称性被打破,且当周向速度分量足够大时将显著加速火焰传播,周向点火时间缩短。本文通过对环形燃烧室模型点火过程的实验研究,得到了一系列定性特征和定量规律,对燃烧室设计及整机试验有一定的参考价值,也为数值仿真提供了验证数据。
【图文】：

限制标准,环形燃烧室,污染物排放,生态环境

图１．丨环形燃烧室ｍ逡逑此外近年来生态环境问楲引发了广泛的关注，因此发动机污染物排放的限制标准也逡逑日趋严格。以Ｎ０Ｘ为例，图１．２给出了国际民航组织（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｃｉｖｉｌ邋Ａｖｉａｔｉｏｎ逡逑Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，邋ＩＣＡＯ）发布的邋ＣＡＥＰ／２邋标准（Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ邋ｏｎ邋Ａｖｉａｔｉｏｎ邋Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ逡逑Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ／２，１９９１）到欧洲航空研究咨询委员会（Ａｄｖｉｓｏｒｙ邋Ｃｏｕｎｃｉｌ邋ｆｏｒ邋Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ逡逑ｌ逡逑

排放限制标准,航空发动机,贫燃

因此在排放限制标准的推动下，诞生了许多低排放燃烧技术［４］，例如贫燃预混预蒸逡逑发（Ｌｅａｎ邋Ｐｒｅｍｉｘｅｄ邋Ｐｒｅ－ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ，，邋ＬＰＰ）、贫燃直喷（Ｌｅａｎ邋Ｄｉｒｅｃｔ邋Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ，邋ＬＤＩ）以及富逡逑油燃烧－淳熄－贫油燃烧（Ｒｉｃｈ邋ｂｕｍ－Ｑｕｅｎｃｈ－Ｌｅａｎ邋ｂｕｍ，邋ＲＱＬ）等等。图１．２中的ＧＥ邋ＴＡＰＳ逡逑发动机就是采用ＬＰＰ技术的典型代表［５］，可以看到其在降低＾＾（＼排放方面有显著优势并逡逑且满足了邋ＡＣＡＲＥ邋２０２０排放标准。图１．３展示了改进的低ＮＯｘ排放燃烧室设计理念，为逡逑了确保快速掺混以及减小火焰区域的局部当量比，燃烧室喷嘴头部进气量从３０％大大提逡逑高到了邋７０°／。，同时通过缩短燃烧室尺寸，减小燃气驻留时间来降低ＮＯｘ排放［６］。但这样逡逑的设计也会带来一些问题，例如由于绝大部分空气经由喷嘴头部进入燃烧室，火焰更加逡逑贫燃难以稳定且更易出现热声振荡；随着燃烧室尺寸的缩短，燃烧室出口温度场分布不逡逑均问题突显，不利于涡轮工作；相较于传统燃烧室接近当量比的点火工况，贫燃点火更逡逑难实现；新的附加部件使得燃烧室结构更加复杂等等。由此可以看到
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V231.2

【参考文献】