【摘要】：液體燃料的霧化對于航空發(fā)動機(jī)燃燒室是一個(gè)至關(guān)重要的過程,是解決航空發(fā)動機(jī)燃燒室問題的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前航空發(fā)動機(jī)燃燒室廣泛采用的雙油路離心噴嘴,既擴(kuò)大了單油路離心噴嘴的燃油流量調(diào)節(jié)范圍,又保證了霧化質(zhì)量、點(diǎn)火性能和寬廣的貧油熄火范圍。本文以雙油路離心噴嘴為研究對象,采用理論分析、試驗(yàn)研究以及數(shù)值模擬方法,系統(tǒng)深入地對雙油路離心噴嘴流量系數(shù)、霧化錐角、流量周向分布及內(nèi)、外流場變化等霧化特性開展了研究,為雙油路離心噴嘴的設(shè)計(jì)提供了理論支撐。本文設(shè)計(jì)并搭建了具備定時(shí)控制、精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的高壓雙油路離心噴嘴霧化系統(tǒng),通過霧化系統(tǒng)展開了工況參數(shù)以及不同工作模式對雙油路離心噴嘴霧化特性的影響規(guī)律研究。試驗(yàn)結(jié)果表明流量和霧化錐角均隨著進(jìn)出口壓降的增大而增大,但增幅逐漸減緩。主、副油路同時(shí)工作時(shí)油路薄膜受到卷吸作用或主、副油路液膜相互作用形態(tài)的影響,造成霧化角小于主油路單獨(dú)工作時(shí)的霧化錐角。結(jié)合理論推導(dǎo)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了雙油路離心噴嘴半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。采用LBM數(shù)值模擬方法研究工況參數(shù)和幾何結(jié)構(gòu)對于雙油路離心噴嘴內(nèi)、外流場的影響。數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)雙油路離心噴嘴主、副油路薄膜存在三種不同相互作用狀態(tài):交匯狀態(tài)、碰撞狀態(tài)及分離狀態(tài)。主、副油路進(jìn)出口壓降、主油路噴口長度及主油路收斂角變化會引起主、副油路薄膜相互作用的狀態(tài)變化,且不同相互作用狀態(tài)對薄膜厚度、破碎長度,霧化角等霧化特性參數(shù)存在顯著的影響。為了方便工程設(shè)計(jì)應(yīng)用,基于UG8.0二次開發(fā)平臺,結(jié)合試驗(yàn)與數(shù)值模擬獲取的霧化特性規(guī)律,開發(fā)了實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)行噴嘴建模及霧化特性分析的噴嘴設(shè)計(jì)平臺。
【圖文】：

當(dāng)網(wǎng)格單元中函數(shù)值為１時(shí)，則代表網(wǎng)格單元充滿液體；而網(wǎng)格單元中函逡逑數(shù)值為０時(shí)，則代表網(wǎng)格單元中不存在氣體。網(wǎng)格單元中函數(shù)值處于０和１之間逡逑則代表包含一個(gè)自由表面，如圖１．１所示。其中ＶＯＦ函數(shù)滿足對流方程，函數(shù)逡逑場隨著時(shí)間演化關(guān)系如下：逡逑－邋＋邋Ｖ－（ｕＦ）＝０邐（１－１）逡逑ｄｔ逡逑其中《為流體速度場。ＶＯＦ的函數(shù)Ｆ除了定義網(wǎng)格單元是否包含邊界外，還逡逑包括定義網(wǎng)格單元中流體位置。其中函數(shù)值變化最快方向即是邊界的法線方向。逡逑當(dāng)已知邊界網(wǎng)格單元中的法線方向和函數(shù)值時(shí)，可以重構(gòu)處一個(gè)被直線切割的網(wǎng)逡逑格單元來近似邊界。因此ＶＯＦ方法提供了一種簡單高效的二維或三維的自由邊逡逑４逡逑

相同的變化。逡逑國內(nèi)２０１１年國防科大劉娟等人基于ＶＯＦ模型對單油路離心噴嘴的內(nèi)部流逡逑動過程以及出口霧化特性進(jìn)行了研究分析［２７？２８１，模型如圖１．２所示。由于湍流模逡逑型基于壁面粘性計(jì)算不準(zhǔn)確以及噴嘴加工存在部分誤差，因此文中數(shù)值模擬結(jié)果逡逑與試驗(yàn)結(jié)果相對比數(shù)值略小，但是具有相同的變化趨勢。在分析離心噴嘴的流動逡逑過程中發(fā)現(xiàn)噴嘴收斂段的長度對于總壓有著積極顯著的影響。旋流室長度的增大逡逑會引起流量系數(shù)以及霧化錐角增加，，而增大噴嘴出口擴(kuò)張角則會造成出口速度增逡逑大，從而形成較薄的薄膜厚度和較小的霧化錐角。另外數(shù)值模擬表明噴口長度變逡逑化對于霧化角薄膜厚度沒有顯著影響。逡逑１．邐＾＾邐ｈ逡逑｜邋旋釀邋》！邐＿邐｜邐ｉｌｌ逡逑ｔｉ邋１邋■邐：：一一一＇邐．邋＊逡逑＃邐ｌｉ邐“逡逑收斂段邐噴口邐擴(kuò)張段逡逑圖１．２國防科大單油路離心噴嘴示意圖—逡逑２０１５年劉國庫等人采用ＲＮＧ邐湍流模型以及ＶＯＦ模型研究幾何結(jié)構(gòu)變逡逑化對于離心噴嘴的影響［２９］。數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明無量綱參數(shù)旋流室直徑與出逡逑口直徑比的的增大會造成薄膜厚度和霧化錐角的下降；而旋流室長徑比以及噴口逡逑長徑比的增大會導(dǎo)致出口霧化錐角的減小，但是前者使得薄膜增厚而后者則相反。逡逑６逡逑
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V231.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2683300