火焰筒气膜冷却及异形扰流层板-狭缝气膜冷却特性数值研究

发布时间：2020-06-05 11:19

【摘要】：论文以航空发动机燃烧室火焰筒冷却需求为依据,针对航空发动机火焰筒内外侧压差小的燃烧室火焰筒壁面冷却及异型扰流层板-狭缝气膜冷却等问题展开研究。主要基于发动机燃烧室的真实工况,取环形燃烧室研究对象,对燃烧室火焰筒壁面进行传统槽缝气膜冷却、多直孔气膜冷却及多斜孔气膜冷却三种冷却结构设计,对各个冷却结构燃烧室的燃烧、流动、传热进行三维模拟仿真,得出:多种冷却结构中,多直孔冷却结构和多斜孔冷却结构代替传统气膜冷却结构,其所需冷却气量下降高达34%;多斜孔冷却结构及多直孔冷却结构的火焰筒壁面温度梯度与传统槽缝气膜冷却结构相比,有了大幅度的下降;与多直孔冷却结构相比,多斜孔冷却方案其流阻更小,冷却效率更高。基于TBCC火焰筒复杂热载荷,探索新的冷却方式,取火焰筒壁面的一个小的单元体,开展了异型扰流层板-狭缝气膜冷却结构的流动传热特性研究。该异型扰流层板以三种扰流柱形状、两种扰流柱布置方式、三个冲击孔直径以及两个冷气出口倾斜角为设计要素,采用正交试验设计方法设计9种异型扰流层板,通过数值模拟计算的方法掌握其流动传热特性。研究表明:该层板冷却结构前端冲击冷却区域的换热较强;随着流向距离的增加,扰流柱通道内的换热逐渐减弱;从层板冷却结构的绝热气膜冷却效率来看,圆形扰流柱的最高,菱形扰流柱的次之,梅花形扰流柱的最低;同时,绝热气膜冷却效率随着进气口直径的增大而增大,并且30?冷气出口倾斜角度的较45?时的高。
【图文】：

如图1.1 所示，它是由燃烧室机匣、扩压器、旋流器、帽罩、挡溅盘、套筒、燃油喷嘴和火焰筒等部分组成的；在火焰筒壁面上分别开有若干个主燃孔、掺混孔以及气膜孔。它的工作原理为：当发动机工作时，经压气机增压后的空气经突扩扩压器减速增压后分两股气流进入燃烧室。一部分空气经火焰筒头部的气膜孔和旋流器进入火焰筒，另一部分空气进入燃烧室机匣和火焰筒之间的通道，通过火焰筒壁上的气膜孔、主燃孔和掺混孔进入火焰筒。从头部气膜孔和旋流器进入火焰筒的空气和主燃孔以及主燃孔前的气膜孔进入的空气直接参与燃烧；从主燃孔后火焰筒壁上的气膜孔和掺混孔进入的空气用来冷却壁面和调整火焰筒出口的温度分布。燃油通过喷雾装置喷射进入燃烧室火焰筒内，通过油雾汽化后与高温高压空气发生剧烈的物理化学反应，产生很高的燃气温度，这使火焰筒壁面承受着很高的对流和辐射热负荷，从而使壁温升高，壁温过高会导致火焰筒出现变形和损伤。

气膜冷却原理示意图
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V231

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本文编号：2697972