短螺旋燃烧室单侧受限旋流流动特性研究

发布时间：2021-07-06 08:34

　　本文的研究对象为一种新构型的短螺旋燃烧室,其最基本的特点为燃烧室的头部沿着发动机主轴线向周向倾斜了一定的角度,从而形成一种非轴向进气的结构。这种结构具有缩短发动机轴向长度、减少涡轮入口导叶数量和折转角、降低气动损失和所需涡轮冷却空气量的潜力。然而,由于短螺旋燃烧室的头部倾斜了一定角度,相邻头部的交界处增加了一段具有一定长度的侧壁面,其长度与头部倾斜角呈正相关。此时,燃烧室的旋流一侧受到侧壁面的约束,而另一侧却是非受限的,从而使燃烧室体现出单侧受限的旋流流动特征。为了对短螺旋燃烧室内的单侧受限旋流流动规律有更加深入且系统的认识,采用雷诺平均数值模拟、大涡模拟和实验对其进行了研究,相关研究内容总结如下:1)本文首先采用定常的雷诺平均数值模拟对七个不同头部安装角的燃烧室的流场进行分析,发现随着头部安装角的增加,旋流器下游回流区出现常规模态、单涡模态、临界模态和双涡模态。常规模态时展向截面上的旋涡为对称的环状;单涡模态时旋涡为马蹄状;随着流场逐渐变为临界模态和双涡模态,旋涡逐渐演化为封闭的环形。流场中出现不同旋涡模态及对应的旋涡形状与气动边界的形成与发展有关。气动边界位于侧壁面的下游,其可以抑... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市

【文章页数】：117 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

航空发动机单头部燃烧室示意图[1]

?幕旌希?谷忌崭?浞郑??彼?梢员苊?燃烧室内部出现局部高温区域，从而降低热力型NOx的生成量。中心分级燃烧室具有预燃级和主燃级，预燃级采用略富油的油气比进行燃烧从而保证火焰的稳定性，而主燃级采用贫油燃烧以降低NOx的生成。以上所述的新型燃烧室有些已在工业上成功应用，显著地推动了航空发动机技术的发展。为了进一步提高航空发动机的特定性能，本文研究一种新构型的燃烧室——短螺旋燃烧室[9]，其最主要的结构特点是燃烧室头部轴线沿发动机周向向发动机主轴线倾斜一定角度，从而形成一种非轴向进气的结构，如图1.2所示。图1.2传统燃烧室与短螺旋型燃烧室概念对比图[9]Figure1.2Comparisonofconventionalcombustorsandshorthelicalcombustors[9]

烧室的结构特点，二十世纪五十年代开始就有研究者提出过相似概念的燃烧室构型并申请了专利[10-17]。在这些专利中，Hall等提出了一种径向双头部的结构，并建议周向相邻的旋流器采用反旋的结构以增强主燃区的空气和燃油的混合[11]；Burd等考虑了头部的不同安装方式的可能性[13]；Buret等人提出火焰筒上开倾斜的冷却孔以减小气动损失[15]；Negulescu等人则对燃烧室入口处即压气机出口导叶和扩压器的气动特性进行了分析[16-17]；胡斌等则给出了短螺旋燃烧室的三维全环结构设计以及主燃孔和冷却孔等的排布方式[18]，如图1.3所示。图1.3短螺旋燃烧室三维全环结构[18]Figure1.3Three-dimensionalannularconfigurationofshorthelicalcombustors[18]然而，以上所述专利主要关注于燃烧室概念和结构上的设计，并没有指出这种非轴向进气的结构对燃烧室流场和燃烧性能带来的影响。2015年，B.Ariatabar根据相似分析完成了短螺旋燃烧室的模化准则，并总结了短螺旋燃烧室设计过程中需要重点关注的几个问题[9]：（1）扩压器：由于压气机出口导叶的折转角变小，空气流入扩压器时具有较大的周向速度，而轴向速度由于减速而变小，因此扩压器内速度的攻角与传统燃


本文编号：3267904