环形旋流燃烧室点火过程的数值研究

发布时间：2021-05-15 19:58

　　环形燃烧室被广泛应用于现代航空发动机,其点火可靠性是燃烧室设计中必须关注的核心问题之一,它关系到航空发动机能否在较宽的工作范围内实现正常启动和高空熄火后再点火。近年来,随着排放限制标准的日益严格,许多低排放燃烧技术陆续得以应用,使得环形燃烧室朝着更轻、更短的短环燃烧室发展,这样的燃烧室结构使得点火及火焰稳定更加困难。因此,对环形燃烧室内点火与火焰传播问题的研究,以及深入分析其机理和影响因素,对燃烧室设计具有重要的指导意义。本文针对浙江大学TurboCombo环形燃烧室模型开展了点火过程的数值研究。本文的主要工作如下:1.基于雷诺平均（Reynolds-Averaged Navier-Stokes,RANS）模型计算了雷诺数为4000、5000、6000三种工况下圆管单头部旋流燃烧室的时均轴向速度和径向速度。结果表明RANS模型能较好地预测出喷嘴中心及附近区域的低速回流区,两种时均速度随雷诺数变化趋势和实验测量结果吻合较好,但喷嘴外缘区域的计算结果低于实测结果。2.基于非稳态雷诺平均（Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes,URANS）方法,结合... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 航空发动机燃烧室概述
        1.1.2 燃烧室设计方法概述
    1.2 环形燃烧室点火过程研究现状
        1.2.1 点火过程第一阶段研究现状
        1.2.2 点火过程第二阶段研究现状
        1.2.3 点火过程第三阶段研究现状
    1.3 本文主要工作
    1.4 章节安排
第2章 数值方法
    2.1 雷诺平均(RANS)控制方程及湍流模型
        2.1.1 基于RANS框架的控制方程
        2.1.2 RANS湍流模型
    2.2 大涡模拟(LES)控制方程及湍流模型
        2.2.1 基于LES框架的控制方程
        2.2.2 LES湍流模型
    2.3 状态方程
    2.4 点火能量源模型
    2.5 燃烧建模方法
        2.5.1 自适应网格加密(AMR)
        2.5.2 SAGE模型
        2.5.3 详细化学反应机理
    2.6 离散化方法及计算算法
        2.6.1 有限容积法
        2.6.2 求解过程
        2.6.3 PISO算法
        2.6.4 Rhie-Chow算法
        2.6.5 时间步控制方法
    2.7 本章小结
第3章 单头部旋流燃烧室速度场研究
    3.1 实验装置及工况
        3.1.1 实验装置
        3.1.2 实验工况
    3.2 数值模拟设置
        3.2.1 计算域及边界条件
        3.2.2 计算设置
    3.3 速度场对比分析
    3.4 本章小结
第4章 基于URANS的环形燃烧室模型点火过程数值研究
    4.1 网格收敛性分析
        4.1.1 网格收敛性分析AMR设置
        4.1.2 网格收敛性分析计算结果对比
    4.2 模拟工况
    4.3 数值模拟设置
        4.3.1 计算域及边界条件
        4.3.2 数值模拟过程
        4.3.3 计算域网格
    4.4 结果与分析
        4.4.1 点火前冷态流场结构
        4.4.2 点火过程的火焰形态
        4.4.3 积分放热率
        4.4.4 火焰传播的不对称性
    4.5 本章小结
第5章 基于LES的环形燃烧室模型点火过程数值研究
    5.1 模拟工况
    5.2 数值模拟设置
        5.2.1 计算域、网格及边界条件
        5.2.2 模拟过程
        5.2.3 湍流模型
    5.3 结果与分析
        5.3.1 点火前冷态流场结构
        5.3.2 点火过程的火焰形态及火焰位置
        5.3.3 火焰传播的不对称性
        5.3.4 火焰前锋形态演化特征
        5.3.5 湍流火焰模式
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 主要工作与总结
    6.2 本文创新点
    6.3 未来研究工作的展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
附录1 UCSD详细化学反应机理
    1.1 参与反应的元素
    1.2 参与反应的组分
    1.3 化学反应


【参考文献】：
期刊论文
[1]斜喷环流环形燃烧室点火实验研究[J]. 叶沉然,王高峰,马承飚,方元祺,钟亮,令狐昌鸿,夏一帆.  工程热物理学报. 2018(11)
[2]环形旋流燃烧室模型点火过程的实验[J]. 令狐昌鸿,王高峰,钟亮,扈鹏飞,夏一帆,叶沉然,方元祺.  航空动力学报. 2018(07)
[3]甲烷/空气预混射流火焰的大涡模拟[J]. 夏一帆,杨瑶,王高峰,郑耀.  燃烧科学与技术. 2017(04)
[4]CH4/空气和C3H8/空气预混湍流火焰结构及湍流火焰速度测量[J]. 俞森彬,王金华,聂要辉,张猛,金武,黄佐华.  燃烧科学与技术. 2016(04)
[5]等离子体强化燃烧的目前研究进展[J]. 何立明,刘兴建,赵兵兵,金涛,于锦禄,曾昊.  航空动力学报. 2016(07)
[6]双级旋流杯结构变化对点火特性的影响研究[J]. 康尧,林宇震,霍伟业,查晓晨,张弛.  推进技术. 2014(05)
[7]超声速气流中煤油射流的等离子体点火实验[J]. 李飞,余西龙,顾洪斌,陈立红,张新宇.  航空动力学报. 2012(04)
[8]贫油预混预蒸发低污染燃烧室头部流场研究[J]. 颜应文,徐榕,邓远灏,朱嘉伟,徐华胜,赵坚行.  航空学报. 2012(06)
[9]航空发动机燃烧室火焰筒设计验证方法研究[J]. 李瀚,索建秦,梁红侠.  航空发动机. 2011(05)
[10]高温升燃烧室主燃区流场和燃烧性能[J]. 彭云晖,刘旦,林宇震.  燃烧科学与技术. 2010(05)

硕士论文
[1]点火方案对燃烧室点火性能的影响研究[D]. 吕浩杰.南京航空航天大学 2017
[2]LPP低污染燃烧室振荡燃烧机理研究[D]. 黄亮.南京航空航天大学 2017
[3]航空发动机燃烧室点火模拟及特性研究[D]. 张斌.南京航空航天大学 2014
[4]燃气轮机燃烧室初步设计程序开发及应用[D]. 林清华.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013



本文编号：3188245