燃烧室头部设计对燃烧室性能影响研究

发布时间：2017-04-26 22:11

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【摘要】：采用理论分析和数值模拟的方法对燃烧室火焰筒头部结构设计进行了研究，并针对数值研究中所遇到的高温高压下的燃油物性设置和非稳态燃烧过程的数值计算方法等问题开展了研究。 为了方便燃烧室结构设计，首先实现了燃烧室总体结构设计方法的软件化。针对燃烧室的火焰筒头部旋流器结构设计方法进行了探讨，尤其是对火焰筒头部结构设计中的关键问题-旋流器流量系数的准确估算进行了深入分析，获得了旋流器流量系数的估算方法；通过数值计算方法研究了旋流器头部结构的相关参数设定和多级旋流器头部结构对燃烧室流动特性的影响，获得了燃烧室头部旋流器结构参数确定的一般规律，提出了燃烧室优化头部结构的设计方案。 在高温升燃烧室特定的高温高压环境下，商用计算软件中燃油物性参数设置与实际值存在较大偏差，为了能在数值模拟过程中准确设定这些热物性参数，研究了煤油热物性参数的计算方法，获得了针对燃烧室特定的高温高压环境条件下的燃油热物性参数数据，并将其应用到燃烧室数值计算中以提高计算结果的可信度。 研究了燃烧室非稳态燃烧的点、熄火过程数值仿真方法，利用自编的代数二阶矩燃烧模型实现了燃烧室非稳态燃烧过程的合理模拟；综合分析了优化设计头部结构的燃烧室性能，并给出了燃烧室贫油点、熄火极限半经验公式。
【关键词】：火焰筒头部 旋流器 热物性 点 熄火过程 数值模拟
【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】：2012
【分类号】：V231.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 国内外研究概况15-19
• 1.3 本文的研究内容19-20
• 第二章 燃烧室头部结构的设计方法20-31
• 2.1 燃烧室总体结构设计的软件化20-23
• 2.1.1 燃烧室总体结构设计方法20-21
• 2.1.2 燃烧室总体结构设计的软件实现21-23
• 2.2 火焰筒头部旋流器结构的设计方法23-28
• 2.2.1 旋流器设计的前提条件23-24
• 2.2.2 旋流器类型选取24-25
• 2.2.3 各级旋流器流量分配25
• 2.2.4 旋流数的选取25-26
• 2.2.5 旋流器流通面积的确定26
• 2.2.6 径向旋流器的详细设计26-28
• 2.2.7 斜切孔旋流器结构设计28
• 2.3 旋流器流量系数的估算方法28-30
• 2.3.1 轴向旋流器流量系数计算公式29
• 2.3.2 径向旋流器流量系数计算公式29
• 2.3.3 旋流器计算公式的结果验证29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 头部结构对燃烧室流动特性的影响研究31-51
• 3.1 头部结构对比模型和数值计算方法介绍31-32
• 3.1.1 燃烧室头部结构对比模型介绍31
• 3.1.2 燃烧室物理模型和数值计算方法介绍31-32
• 3.2 头部结构参数对燃烧室流动特性和旋流器性能的影响研究32-42
• 3.2.1 Sn固定，调节 AS /At 的影响32-33
• 3.2.2 As /At 固定，调节S n的影响33-35
• 3.2.3 V固定，调节S n的影响35-36
• 3.2.4 文氏管长度的影响36-37
• 3.2.5 燃烧室流量改变的影响37
• 3.2.6 主燃孔个数和位置的影响37-39
• 3.2.7 轴向旋流器S n改变的影响39-41
• 3.2.8 径向旋流器和轴向旋流器对比研究41-42
• 3.2.9 旋流器流量系数和流阻系数的相互关系42
• 3.3 多级旋流器头部结构对燃烧室流动特性的影响研究42-49
• 3.3.1 改变中间级旋流器旋流数的影响43-44
• 3.3.2 改变最外级旋流器旋流数的影响44-46
• 3.3.3 改变相邻旋流器气流旋向的影响46-47
• 3.3.4 改变旋流器文氏管形状的影响47-48
• 3.3.5 调整旋流器的径向位置的影响48-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第四章 燃烧室数值计算中流体热物性参数设置研究51-72
• 4.1 流体热物性参数的计算方法51-57
• 4.1.1 流体的状态方程52
• 4.1.2 对应态法则52-54
• 4.1.3. 单组分流体热力学特性的计算54-55
• 4.1.4 多组分混合物热力学参数的计算55
• 4.1.5 多组分体系的流体相平衡时热力学性质的计算55-56
• 4.1.6 流体输运特性的计算方法56-57
• 4.2 煤油替代物的选择57-59
• 4.2.1 煤油的基本性质和规范57-58
• 4.2.2 常用的煤油替代物模型58-59
• 4.2.3 RP-3 航空煤油替代物模型的选取59
• 4.3 RP-3 航空煤油替代物模型的验证59-61
• 4.4 航空煤油热物性参数变化规律研究61-63
• 4.5 燃烧室特定环境下煤油热物性参数的研究63-66
• 4.6 煤油热物性参数计算结果在燃烧室数值计算中的应用66-71
• 4.6.1 计算模型66-67
• 4.6.2 低压进口条件的计算结果及分析67-69
• 4.6.3 高压进口条件的计算结果及分析69-71
• 4.7 本章小结71-72
• 第五章 优化头部结构燃烧室模型的燃烧特性研究72-86
• 5.1 优化头部结构燃烧室物理模型和数值计算方法72-74
• 5.1.1 优化头部结构燃烧室物理模型72-73
• 5.1.2 燃烧室燃烧过程的数值计算方法73-74
• 5.2 燃烧室油雾场分布和准稳态燃烧特性结果分析74-76
• 5.2.1 燃烧室油雾场分布结果分析74
• 5.2.2 燃烧室准稳态燃烧状态的确定74-75
• 5.2.3 燃烧室准稳态燃烧特性结果分析75-76
• 5.3 燃烧室非稳态点、熄火燃烧过程结果分析76-80
• 5.3.1 燃烧室点火过程计算结果分析76-78
• 5.3.2 燃烧室熄火过程计算结果分析78-80
• 5.4 燃烧室点熄火性能的半经验理论研究80-85
• 5.4.1 点、熄火特性的半经验公式理论80-82
• 5.4.2 燃烧室点、熄火性能分析的软件实现82-84
• 5.4.3 燃烧室点、熄火性能结果分析84-85
• 5.5 本章小结85-86
• 第六章 总结与展望86-88
• 6.1 本文总结86
• 6.2 下一步研究展望86-88
• 参考文献88-90
• 致谢90-91
• 在学期间的研究成果与发表的论文91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 袁怡祥,林宇震,刘高恩;三旋流器头部燃烧室拓宽燃烧稳定工作范围的研究[J];航空动力学报;2004年01期

2 蔡文祥;胡好生;赵坚行;;涡流器燃烧室头部两相反应流数值模拟[J];航空动力学报;2006年05期

3 颜应文;李红红;赵坚行;张靖周;刘勇;党新宪;;双环预混旋流低污染燃烧室数值研究[J];航空动力学报;2009年09期

4 张会强,陈兴隆,周力行,陈昌麟;湍流燃烧数值模拟研究的综述[J];力学进展;1999年04期

5 雷雨冰,赵坚行;三级涡流器环形燃烧室化学反应流场的数值研究[J];推进技术;2005年03期

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1 蔡文祥;环形燃烧室两相燃烧流场与燃烧性能数值研究[D];南京航空航天大学;2007年

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本文编号：329311