隨著科技水平的進步,人們對微型動力設備的需求增加,渦輪發(fā)動機也發(fā)展出一個向微小型化過渡的分支。燃燒室作為發(fā)動機的核心部件,其設計和優(yōu)化往往具有繼承性和經驗性,設計方法也是試驗和數(shù)值模擬相結合兩種方式的。作為渦輪機的部件,燃燒室在微型化的過程中面臨制霧水平低和駐留時間短兩個主要問題。因此本文從燃油霧化和蒸發(fā)兩方面出發(fā),對微型燃燒室內燃油預混和燃燒過程進行研究,本文的主要工作有:1、非預混燃燒前需要將燃油霧化成無數(shù)小液滴,從而加快燃料液態(tài)向氣態(tài)的轉變。本文首先通過編程求解球形液滴蒸發(fā)傳熱控制方程,對流動氣流中液滴的非穩(wěn)態(tài)蒸發(fā)過程的傳熱傳質現(xiàn)象進行理論分析;根據(jù)現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)建模,對目前廣泛應用的幾種傳熱傳質關聯(lián)式進行校驗,并根據(jù)液滴表面蒸氣層相對厚度,擬合出了一種能反映移動液滴在高溫強對流條件下蒸發(fā)的傳質修正關系式,定量地對比了幾種關聯(lián)式在不同雷諾數(shù)、組分擴散性下的差異。2、本文對某微型燃燒室中蒸發(fā)管的燃油蒸發(fā)特性進行了試驗研究,研究了包括進氣溫度_aT、氣油比AFR、管壁溫度_wT和空氣流速_aV四種因素對蒸發(fā)效率η_e的影響。試驗結果表明:_aT和_aV是影響蒸發(fā)效率的兩個主要因素;蒸發(fā)管正常工況下表面油流大多處于膜態(tài)沸騰狀態(tài),當氣油比減小到3時,管內兩相流型由膜態(tài)沸騰向過渡態(tài)沸騰轉變,該狀態(tài)下燃油與管壁的換熱效率最低。蒸發(fā)管數(shù)值仿真引入歐拉液膜模型(EWF),并通過自定義函數(shù)建立液滴碰壁飛濺模型。蒸發(fā)效率的計算結果與試驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)相同趨勢,且與僅使用DPM模型的計算結果相比誤差明顯減小(誤差值在14%以內),在此基礎上進一步研究了進口參數(shù)對燃油霧化和油膜生成的影響。3、隨后,為研究微型燃燒室供油裝置對燃燒室性能的影響,在某直徑為12厘米燃燒室的基礎上,計算分析了不同蒸發(fā)管構型和分布數(shù)量下燃燒室的流場結構、燃燒性能以及霧化蒸發(fā)效果。相比管型,管數(shù)對燃燒室性能的影響更大一些。增加蒸發(fā)管數(shù)量可改善燃燒室霧化性能、燃燒性能和小流量狀態(tài)下的貧油點火性能,但當S_v _t/H_L減小至1后,出口截面性能參數(shù)基本保持不變。4、按照發(fā)動機總體設計的要求,使用經驗公式和一維計算方法對MTE171微型燃燒室的基本輪廓尺寸進行估算,使用數(shù)值計算方法設計了三種不同壁面孔交錯布置的燃燒室方案,燃燒效率均在95%以上滿足整機性能指標。并通過Gasturb軟件得到各狀態(tài)下燃燒室的進口條件,研究不同狀態(tài)下燃燒室性能的變化規(guī)律。最后對MTE171火焰筒壁面進行冷卻優(yōu)化,采用半沖壓氣膜孔代替平直孔冷卻孔,設計狀態(tài)下壁面溫度分布得到明顯改善。氣膜孔分布參數(shù)Z/nS低于0.55的情況下冷卻效率均在70%以上。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V231.2
【部分圖文】：

第一章 緒論輪發(fā)動機的主要部件之一，其功能是為發(fā)變?yōu)槿細獾臒崮堋ｋS著航空技術的發(fā)展 Engine, MTE）以其產能效率高，成本低應用，圖 1.1 是目前廣泛采用的一種蒸發(fā)發(fā)展過程中，相比大型航空發(fā)動機主燃輪發(fā)動機的結構緊湊，燃燒室表面積與燃余氣系數(shù)工況下，燃燒反應中的活性中心[1]；2）燃燒室長度短，不易安裝旋流裝駐留時間在 0.5ms 左右，與常規(guī)燃燒室相因此油氣的摻混和火焰的穩(wěn)定，都需要室不易采用復雜的燃油霧化裝置，而采般的空氣霧化噴嘴，產生的不完全燃燒

圖 1.2 炙熱表面液滴撞擊過程hwarz 等人[5]以水為介質在環(huán)境溫度 314~449K/ s的條件下，通過實驗數(shù)據(jù)對①. Sh=2+0.6 其 中 =1-0.4(1-dT / T ) ③ . = Z (2/[0.3+0.7(1+mB )0.88]④. (1+mB )0.7= 2+0.87結果如圖 1.3 所示。(2) Downing 關聯(lián)式 (3) Chucho 關聯(lián)式 圖 1.3 傳質關聯(lián)式校對o[6][7]等人在考慮了變物性的前提下研究了一前流環(huán)境、液滴坍塌、內部環(huán)流、瞬態(tài)加熱等因距、尺寸比率和傳質數(shù)分別提出了關于阻力系式。之后他們在先前工作的基礎上研究了前后

圖 1.2 炙熱表面液滴撞擊過程液滴蒸發(fā)方面，Schwarz 等人[5]以水為介質在環(huán)境溫度 314~449K ，直徑為 0.7~2.3mm，環(huán)境流速在 0.5~1.7 m/ s的條件下，通過實驗數(shù)據(jù)對①. Sh=2+0.612Re13Sc ②. = G(2+0.612Re13Sc ) ； 其 中 =1-0.4(1-dT / T ) ③ . = Z (2+0.370.61Re0.51Sc ) ；=(s )/(s1 -Y)/[0.3+0.7(1+mB )0.88]④. (1+mB )0.7= 2+0.87 四種傳質關聯(lián)式進行了驗證，對比結果如圖 1.3 所示。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2829534