發(fā)布時(shí)間：2018-03-23 14:23

  本文選題：航空發(fā)動(dòng)機(jī)　切入點(diǎn)：低排放燃燒室　出處：《南京航空航天大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：為了控制航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放對(duì)環(huán)境造成的影響,以研制高效低排放燃燒室為背景,開展貧油直接噴射(LDI)低排放燃燒技術(shù)的研究,進(jìn)行了單點(diǎn)、四點(diǎn)及九點(diǎn)LDI燃燒室方案設(shè)計(jì)及加工,進(jìn)行了單點(diǎn)和九點(diǎn)LDI燃燒室總壓損失和有效面積測(cè)量。采用數(shù)值模擬的方法,研究了幾種LDI燃燒室的速度分布、溫度分布、組分濃度、污染物排放等燃燒特性。獲得成果主要包括:(1)根據(jù)高效低排放燃燒室技術(shù)要求,完成了單點(diǎn)、四點(diǎn)和九點(diǎn)貧油直接噴射燃燒室的方案設(shè)計(jì),包括60°和45°兩種不同旋流角的軸向旋流器、文氏管、四點(diǎn)和九點(diǎn)陣列方式布局等,并進(jìn)行了試驗(yàn)件加工,初步測(cè)量了單點(diǎn)和九點(diǎn)LDI燃燒室的總壓損失和有效面積,獲得了總壓損失系數(shù)和有效面積隨進(jìn)口流量的變化規(guī)律。(2)介紹了燃燒室數(shù)值計(jì)算所需要的守恒方程,分析了LDI燃燒室數(shù)值計(jì)算所采用的Realizable k-ε湍流模型、EDC湍流燃燒模型、PDF模型、離散型模型及NOX模型等特點(diǎn)和適應(yīng)性。進(jìn)行LDI燃燒室各試驗(yàn)件模型進(jìn)行簡化,并進(jìn)行網(wǎng)格劃分和邊界條件確定。(3)建立了旋流器出口角分別為60°及45°順時(shí)針旋向的單點(diǎn)LDI燃燒室模型,分別設(shè)置常溫常壓及高溫高壓兩種進(jìn)口條件,以研究進(jìn)口條件及出口角對(duì)單點(diǎn)LDI燃燒室燃燒特性及NO排放特性的影響。研究結(jié)果表明:高溫高壓進(jìn)口條件下的單點(diǎn)LDI燃燒室內(nèi)流場軸向速度較大,使得NO排放量較低;45°單點(diǎn)LDI燃燒室燃燒溫度較高,高溫區(qū)面積較大,軸向速度較小,使得其NO排放量比60°單點(diǎn)LDI燃燒室高。(4)建立了單元體中心距不同的三組四點(diǎn)LDI燃燒室模型,分別進(jìn)行H2的燃燒模擬。研究結(jié)果表明:由于燃燒室的當(dāng)量比相同,燃燒室內(nèi)的燃燒溫度基本相同,但隨著中心間距的減小,相鄰流場的相互作用逐漸加強(qiáng),軸向速度有所增加,且最小中心間距的四點(diǎn)LDI燃燒室的NO排放量顯著降低,這充分說明了小間距對(duì)控制多點(diǎn)LDI燃燒室NO排放量的優(yōu)勢(shì)。(5)建立了旋流器出口角分別為60°及45°的九點(diǎn)LDI燃燒室模型,且都有四種陣列形式,對(duì)四種陣列形式下的各出口角的九點(diǎn)LDI燃燒室燃燒特性進(jìn)行數(shù)值模擬。研究結(jié)果表明:陣列分布的多點(diǎn)LDI燃燒室可以顯著減小回流區(qū)長度及高溫區(qū)面積,且更有利于貧油混合氣的生成,從而有效降低NO的排放量;同向陣列分布結(jié)構(gòu)的相鄰流場的相交處的剪切應(yīng)力方向相反,從而加強(qiáng)了油霧破碎,更有利于貧油燃燒,從而NO排放量較低;45°九點(diǎn)LDI燃燒室流場相互作用較弱,使得其并沒有表現(xiàn)出多點(diǎn)結(jié)構(gòu)在控制NO排放上的優(yōu)勢(shì)。研究結(jié)果為深入開展貧油直接噴射(LDI)低排放燃燒技術(shù)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),為LDI燃燒室的設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
[Abstract]:In order to control the impact of aero-engine emissions on the environment, the low-emission combustion technology of lean oil direct injection (LDI) combustion was studied on the background of developing a high-efficiency and low-emission combustion chamber, and a single point was carried out. The design and processing of four-point and nine-point LDI combustor were carried out. The total pressure loss and effective area of single and nine-point LDI combustor were measured. The velocity distribution, temperature distribution and component concentration of several LDI combustors were studied by numerical simulation. Combustion characteristics such as pollutant emissions. The main results obtained include: 1) according to the technical requirements of high efficiency and low emission combustors, the scheme design of single point, four point and nine point lean oil direct injection combustor has been completed. Axial hydrocyclones, Venturi tubes, four-point and nine-point array configurations with different swirl angles of 60 擄and 45 擄were processed and the total pressure loss and effective area of single-point and nine-point LDI combustor were preliminarily measured. The variation law of total pressure loss coefficient and effective area with inlet flow is obtained. The conservation equation required for numerical calculation of LDI combustor is introduced. The Realizable k- 蔚 turbulence model used in numerical calculation of LDI combustor is analyzed. The characteristics and adaptability of discrete model and NOX model are analyzed. The model of LDI combustion chamber is simplified. A single-point LDI combustor model with outlet angles of 60 擄and 45 擄clockwise rotation was established by mesh division and boundary condition determination. The inlet conditions of atmospheric pressure and high temperature and high pressure were set up, respectively. The effects of inlet conditions and outlet angles on combustion characteristics and no emission characteristics of single point LDI combustor are studied. The results show that the axial velocity of flow field in single point LDI combustion chamber under high temperature and high pressure inlet conditions is larger. Three groups of four-point LDI combustor models with different central distance between unit body and center are established because no emission is lower than that of 60 擄single-point LDI combustion chamber with higher combustion temperature, larger area in high temperature and smaller axial velocity, so that no emission is higher than 60 擄single-point LDI combustor. The results show that the combustion temperature in the combustion chamber is basically the same because the equivalent ratio of the combustion chamber is the same, but with the decrease of the center spacing, the interaction between adjacent flow fields is gradually strengthened. The axial velocity increases and the no emission from the four-point LDI combustor with the minimum center spacing decreases significantly. This fully shows that the advantage of small spacing to control no emission from multi-point LDI combustor is to set up a nine-point LDI combustor model with outlet angles of 60 擄and 45 擄, respectively, and there are four kinds of arrays. The combustion characteristics of nine-point LDI combustor with four kinds of arrays are numerically simulated. The results show that the multi-point LDI combustor with array distribution can significantly reduce the length of the reflux zone and the area of the high temperature region. Moreover, it is more favorable to the formation of lean oil mixture, thus effectively reducing no emission, and the shear stress at the intersection of adjacent flow fields with the same array distribution structure is opposite, which enhances the oil mist fragmentation and is more favorable for lean oil combustion. As a result, the flow field interaction of LDI combustion chamber with lower no emission of 45 擄and 9 擄is weaker. The results lay a solid foundation for further research on low emission combustion technology of lean oil direct injection LDI. It provides theoretical basis and technical support for the design and engineering application of LDI combustion chamber.
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V231.2

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本文編號(hào)：1653840