發(fā)布時(shí)間：2017-10-10 00:01

  本文關(guān)鍵詞：串聯(lián)式TBCC超級(jí)燃燒室燃燒組織及性能研究

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【摘要】：渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(Turbine-based combined cycle,簡(jiǎn)稱(chēng)TBCC)作為一種吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī),以其寬廣的飛行包線、可重復(fù)使用和能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)起落等性能優(yōu)勢(shì)受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注,被認(rèn)為是現(xiàn)階段最有希望的高超聲速飛行器動(dòng)力裝置。為了滿(mǎn)足寬廣工作范圍內(nèi)TBCC推進(jìn)性能的要求,需要解決針對(duì)TBCC渦扇和沖壓兩個(gè)模態(tài)共用的超級(jí)燃燒室燃燒組織技術(shù),了解超級(jí)燃燒室的性能。本文采用試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,開(kāi)展TBCC超級(jí)燃燒室燃燒組織技術(shù)和性能研究.主要研究成果包括:1、針對(duì)超級(jí)燃燒室不同工作模態(tài)下的流動(dòng)特征,以實(shí)現(xiàn)低阻高效燃燒組織為目標(biāo),基于內(nèi)涵支持外涵的混合燃燒思想,確定了超級(jí)燃燒室設(shè)計(jì)方案。獨(dú)立搭建了超級(jí)燃燒室性能試驗(yàn)平臺(tái),為超級(jí)燃燒室部件和整體性能的試驗(yàn)研究提供基礎(chǔ)。2、系統(tǒng)開(kāi)展了兼顧雙模態(tài)大速比來(lái)流條件下的摻混技術(shù)研究,設(shè)計(jì)了基于導(dǎo)流舌片和帶波峰前置導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的方形波瓣混合器的強(qiáng)化摻混結(jié)構(gòu),開(kāi)展了方形波瓣混合器結(jié)構(gòu)和導(dǎo)流片形式對(duì)超級(jí)燃燒室摻混特性的影響研究。研究結(jié)果表明,采用固定流道中的離散狀導(dǎo)流舌片和帶波峰前置導(dǎo)流方形波瓣混合器相結(jié)合的強(qiáng)化摻混方案,在利用流向渦強(qiáng)化內(nèi)外涵氣流間傳熱傳質(zhì)的同時(shí),能夠抑制波瓣混合器內(nèi)部和中心錐附件的流動(dòng)分離,在速度比VR=0.4~6的條件下都有良好的摻混性能。3、開(kāi)展了在T=450K~650K、Ma=0.1~0.4來(lái)流條件下拓寬超級(jí)燃燒室貧油點(diǎn)熄火邊界的技術(shù)研究。在薄膜蒸發(fā)式穩(wěn)定器和蒸發(fā)管式穩(wěn)定器貧油點(diǎn)熄火極限研究基礎(chǔ)上,提出了一種月牙形蒸發(fā)管穩(wěn)定器。研究結(jié)果表明,月牙形蒸發(fā)管穩(wěn)定器能在蒸發(fā)管長(zhǎng)度方向上形成尺度穩(wěn)定的低速回流區(qū),且該回流區(qū)結(jié)構(gòu)不受來(lái)流Ma數(shù)影響,其點(diǎn)熄火性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)蒸發(fā)式穩(wěn)定器,尤其在T=450K、Ma=0.4的工況下,貧油點(diǎn)火當(dāng)量比和貧油熄火當(dāng)量比分別是圓形蒸發(fā)管的31%和47%。4、開(kāi)展了在整個(gè)飛行包線內(nèi)油氣分布變化對(duì)燃燒性能的影響研究,確定了與超級(jí)燃燒室大范圍變化流場(chǎng)相匹配的噴油方案。研究結(jié)果表明,噴嘴在軸向和周向交錯(cuò)排布,形成連續(xù)的“簾”狀油氣分布,能夠改善燃油分布狀況,形成高質(zhì)量的混氣,有利于燃燒性能的提高。為了在渦扇和沖壓的不同工作模態(tài)下獲得最佳燃燒性能,主油路的噴油桿軸向位置應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié),以匹配不同工作模態(tài)下的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。5、在以上關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,確定了由基于方形波瓣混合器的混合室、月牙形蒸發(fā)管式環(huán)形值班槽+徑向V型槽組成的火焰穩(wěn)定器以及能夠滿(mǎn)足整個(gè)飛行包線要求的供油方案所組成的超級(jí)燃燒室方案.研究結(jié)果表明,所提出的方案實(shí)現(xiàn)了典型工作模態(tài)下的低阻高效燃燒的研究目標(biāo),具有燃燒室流場(chǎng)分布合理、出口溫度分布合理和燃燒效率高的特點(diǎn)。本文的研究成果為串聯(lián)式渦扇/沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)的超級(jí)燃燒室設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。
【關(guān)鍵詞】：渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī) 超級(jí)燃燒室 摻混特性 點(diǎn)熄火極限 燃燒性能
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V231.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 注釋表15-17
• 縮略詞17-18
• 第一章 緒論18-42
• 1.1 研究背景18-19
• 1.2 超級(jí)燃燒室工作特點(diǎn)19-23
• 1.2.1 串聯(lián)式TBCC的工作模態(tài)20-21
• 1.2.2 超級(jí)燃燒室工作特點(diǎn)21-23
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀23-38
• 1.3.1 TBCC推進(jìn)研究現(xiàn)狀23-25
• 1.3.2 相關(guān)燃燒組織方式研究現(xiàn)狀25-30
• 1.3.3 高速氣流中鈍體回流區(qū)火焰穩(wěn)定技術(shù)研究30-35
• 1.3.4 內(nèi)、外涵波瓣混合器摻混技術(shù)研究35-38
• 1.4 超級(jí)燃燒室燃燒組織面臨的技術(shù)難點(diǎn)38-40
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容40-42
• 第二章 超級(jí)燃燒室基本方案42-59
• 2.1 混合燃燒的燃燒組織設(shè)計(jì)思想42-43
• 2.2 混合室結(jié)構(gòu)43-44
• 2.3 火焰穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)44-47
• 2.3.1 最佳堵塞比和穩(wěn)定器槽寬確定44-46
• 2.3.2 火焰穩(wěn)定器布局及堵塞比校核46-47
• 2.4 燃油噴射方式和噴嘴布局47-57
• 2.4.1 供油要求及設(shè)計(jì)點(diǎn)選取47-49
• 2.4.2 直射式噴嘴流量與供油壓差關(guān)系49-51
• 2.4.3 分區(qū)供油任務(wù)及噴嘴數(shù)目確定51-53
• 2.4.4 噴嘴布局與火焰穩(wěn)定器間的匹配53-57
• 2.5 燃燒組織基本方案57-58
• 2.6 本章小結(jié)58-59
• 第三章 內(nèi)外涵流動(dòng)試驗(yàn)條件模擬59-66
• 3.1 燃?xì)饧訜崞髂Ｐ图霸囼?yàn)系統(tǒng)59-61
• 3.1.1 燃?xì)饧訜崞髂Ｐ图Y(jié)構(gòu)59-60
• 3.1.2 試驗(yàn)系統(tǒng)60-61
• 3.1.3 試驗(yàn)工況及試驗(yàn)方法61
• 3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析61-65
• 3.2.1 燃?xì)饧訜崞髂Ｐ图ぷ骺煽啃约凹訜岱秶囼?yàn)測(cè)定61-63
• 3.2.2 燃?xì)饧訜崞髂Ｐ图隹谏淞鲄?shù)分布63-65
• 3.3 內(nèi)外涵流動(dòng)條件模擬65
• 3.4 本章小結(jié)65-66
• 第四章 兼顧雙模態(tài)工作低阻高效摻混技術(shù)研究66-94
• 4.1 物理模型及數(shù)值方法66-69
• 4.1.1 物理模型66-67
• 4.1.2 算法和邊界條件67-68
• 4.1.3 混合特性參數(shù)68-69
• 4.2 數(shù)值計(jì)算方法的試驗(yàn)驗(yàn)證69-75
• 4.2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)和試驗(yàn)?zāi)Ｐ图?/span>69-72
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證72-73
• 4.2.3 混合模型件①的試驗(yàn)驗(yàn)證73
• 4.2.4 混合模型件②的試驗(yàn)驗(yàn)證73-75
• 4.3 方形波瓣混合器與常規(guī)混合器對(duì)比75-77
• 4.4 方形波瓣混合器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)摻混性能的影響研究77-80
• 4.4.1 出口高度對(duì)混合性能影響研究77-78
• 4.4.2 擴(kuò)張角對(duì)混合性能影響研究78-79
• 4.4.3 波長(zhǎng)比 λbp/λcp對(duì)混合性能影響研究79-80
• 4.5 兼顧雙模態(tài)工作的寬大速度比下混合技術(shù)措施80-83
• 4.5.1 波峰前置導(dǎo)流作用數(shù)值模擬81-82
• 4.5.2 導(dǎo)流片作用研究82-83
• 4.6 導(dǎo)流片布局形式對(duì)混合性能影響優(yōu)化83-89
• 4.6.1 導(dǎo)流舌片與導(dǎo)流環(huán)的流場(chǎng)對(duì)比84-87
• 4.6.2 三種混合方案混合性能對(duì)比87-89
• 4.7 優(yōu)化混合方案的摻混性能數(shù)值研究89-92
• 4.7.1 不同速度比下的流動(dòng)特征及流向渦形成90-91
• 4.7.2 不同速度比下的混合特性91-92
• 4.8 本章小結(jié)92-94
• 第五章 拓寬貧油點(diǎn)熄火邊界技術(shù)研究94-117
• 5.1 火焰穩(wěn)定器穩(wěn)焰機(jī)理94-97
• 5.2 試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)件97-102
• 5.2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)97-98
• 5.2.2 試驗(yàn)件設(shè)計(jì)98-101
• 5.2.3 試驗(yàn)工況101
• 5.2.4 試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理101-102
• 5.3 薄膜蒸發(fā)值班穩(wěn)定器試驗(yàn)結(jié)果及討論102-107
• 5.3.1 燃油噴射方式對(duì)穩(wěn)定性影響定性分析102-104
• 5.3.2 薄膜蒸發(fā)穩(wěn)定器貧油點(diǎn)熄火特性試驗(yàn)104-105
• 5.3.3 燃油噴射方式對(duì)貧油點(diǎn)熄火特性影響105-107
• 5.4 薄膜蒸發(fā)穩(wěn)定器和蒸發(fā)管式穩(wěn)定器性能對(duì)比107-109
• 5.5 提高蒸發(fā)管式穩(wěn)定器貧油點(diǎn)熄火性能試驗(yàn)研究109-115
• 5.5.1 蒸發(fā)管后流動(dòng)分析109-111
• 5.5.2 兩種蒸發(fā)管式穩(wěn)定器貧油點(diǎn)熄火極限性能試驗(yàn)111-113
• 5.5.3 兩種蒸發(fā)管式穩(wěn)定器貧油點(diǎn)熄火極限性能對(duì)比113-115
• 5.6 本章小結(jié)115-117
• 第六章 超級(jí)燃燒室性能研究117-146
• 6.1 研究模型、試驗(yàn)系統(tǒng)和試驗(yàn)工況117-124
• 6.1.1 超級(jí)燃燒室研究模型117-118
• 6.1.2 試驗(yàn)系統(tǒng)118-120
• 6.1.3 試驗(yàn)工況及方法120-122
• 6.1.4 試驗(yàn)研究模型122-124
• 6.2 噴嘴與火焰穩(wěn)定器匹配技術(shù)研究124-129
• 6.2.1 噴油桿c供油量對(duì)沖壓模態(tài)出口溫度的影響124-126
• 6.2.2 噴油桿c噴射方式對(duì)沖壓模態(tài)出口溫度影響126
• 6.2.3 噴油桿a噴射方式對(duì)沖壓模態(tài)出口溫度的影響126-127
• 6.2.4 火焰穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)對(duì)出口溫度的影響127-129
• 6.3 超級(jí)燃燒室性能試驗(yàn)研究129-144
• 6.3.1 超級(jí)燃燒室試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>129-131
• 6.3.2 燃燒室流場(chǎng)數(shù)值模擬131-133
• 6.3.3 燃燒室貧油點(diǎn)熄火性能133-135
• 6.3.4 燃燒室出口溫度及燃燒效率135-144
• 6.4 本章小結(jié)144-146
• 第七章 總結(jié)與展望146-150
• 7.1 主要研究成果146-148
• 7.2 本文的創(chuàng)新點(diǎn)148
• 7.3 未來(lái)研究工作展望148-150
• 參考文獻(xiàn)150-162
• 附錄A8中心錐型面設(shè)計(jì)162-164
• 附錄B8直射式噴嘴的穿透深度164-166
• 致謝166-167
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文167

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本文編號(hào)：1003144