環(huán)形燃燒室被廣泛應用于現(xiàn)代航空發(fā)動機,其點火可靠性是燃燒室設計中必須關注的核心問題之一,它關系到航空發(fā)動機能否在較寬的工作范圍內(nèi)實現(xiàn)正常啟動和高空熄火后再點火。近年來,隨著排放限制標準的日益嚴格,許多低排放燃燒技術(shù)陸續(xù)得以應用,使得環(huán)形燃燒室朝著更輕、更短的短環(huán)燃燒室發(fā)展,這樣的燃燒室結(jié)構(gòu)使得點火及火焰穩(wěn)定更加困難。因此,對環(huán)形燃燒室內(nèi)點火與火焰?zhèn)鞑栴}的研究,以及深入分析其機理和影響因素,對燃燒室設計具有重要的指導意義。本文針對浙江大學TurboCombo環(huán)形燃燒室模型開展了點火過程的數(shù)值研究。本文的主要工作如下:1.基于雷諾平均（Reynolds-Averaged Navier-Stokes,RANS）模型計算了雷諾數(shù)為4000、5000、6000三種工況下圓管單頭部旋流燃燒室的時均軸向速度和徑向速度。結(jié)果表明RANS模型能較好地預測出噴嘴中心及附近區(qū)域的低速回流區(qū),兩種時均速度隨雷諾數(shù)變化趨勢和實驗測量結(jié)果吻合較好,但噴嘴外緣區(qū)域的計算結(jié)果低于實測結(jié)果。2.基于非穩(wěn)態(tài)雷諾平均（Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes,URANS）方法,結(jié)合... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 航空發(fā)動機燃燒室概述
        1.1.2 燃燒室設計方法概述
    1.2 環(huán)形燃燒室點火過程研究現(xiàn)狀
        1.2.1 點火過程第一階段研究現(xiàn)狀
        1.2.2 點火過程第二階段研究現(xiàn)狀
        1.2.3 點火過程第三階段研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要工作
    1.4 章節(jié)安排
第2章 數(shù)值方法
    2.1 雷諾平均(RANS)控制方程及湍流模型
        2.1.1 基于RANS框架的控制方程
        2.1.2 RANS湍流模型
    2.2 大渦模擬(LES)控制方程及湍流模型
        2.2.1 基于LES框架的控制方程
        2.2.2 LES湍流模型
    2.3 狀態(tài)方程
    2.4 點火能量源模型
    2.5 燃燒建模方法
        2.5.1 自適應網(wǎng)格加密(AMR)
        2.5.2 SAGE模型
        2.5.3 詳細化學反應機理
    2.6 離散化方法及計算算法
        2.6.1 有限容積法
        2.6.2 求解過程
        2.6.3 PISO算法
        2.6.4 Rhie-Chow算法
        2.6.5 時間步控制方法
    2.7 本章小結(jié)
第3章 單頭部旋流燃燒室速度場研究
    3.1 實驗裝置及工況
        3.1.1 實驗裝置
        3.1.2 實驗工況
    3.2 數(shù)值模擬設置
        3.2.1 計算域及邊界條件
        3.2.2 計算設置
    3.3 速度場對比分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 基于URANS的環(huán)形燃燒室模型點火過程數(shù)值研究
    4.1 網(wǎng)格收斂性分析
        4.1.1 網(wǎng)格收斂性分析AMR設置
        4.1.2 網(wǎng)格收斂性分析計算結(jié)果對比
    4.2 模擬工況
    4.3 數(shù)值模擬設置
        4.3.1 計算域及邊界條件
        4.3.2 數(shù)值模擬過程
        4.3.3 計算域網(wǎng)格
    4.4 結(jié)果與分析
        4.4.1 點火前冷態(tài)流場結(jié)構(gòu)
        4.4.2 點火過程的火焰形態(tài)
        4.4.3 積分放熱率
        4.4.4 火焰?zhèn)鞑サ牟粚ΨQ性
    4.5 本章小結(jié)
第5章 基于LES的環(huán)形燃燒室模型點火過程數(shù)值研究
    5.1 模擬工況
    5.2 數(shù)值模擬設置
        5.2.1 計算域、網(wǎng)格及邊界條件
        5.2.2 模擬過程
        5.2.3 湍流模型
    5.3 結(jié)果與分析
        5.3.1 點火前冷態(tài)流場結(jié)構(gòu)
        5.3.2 點火過程的火焰形態(tài)及火焰位置
        5.3.3 火焰?zhèn)鞑サ牟粚ΨQ性
        5.3.4 火焰前鋒形態(tài)演化特征
        5.3.5 湍流火焰模式
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 主要工作與總結(jié)
    6.2 本文創(chuàng)新點
    6.3 未來研究工作的展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文與取得的其他研究成果
附錄1 UCSD詳細化學反應機理
    1.1 參與反應的元素
    1.2 參與反應的組分
    1.3 化學反應


【參考文獻】：
期刊論文
[1]斜噴環(huán)流環(huán)形燃燒室點火實驗研究[J]. 葉沉然,王高峰,馬承飚,方元祺,鐘亮,令狐昌鴻,夏一帆.  工程熱物理學報. 2018(11)
[2]環(huán)形旋流燃燒室模型點火過程的實驗[J]. 令狐昌鴻,王高峰,鐘亮,扈鵬飛,夏一帆,葉沉然,方元祺.  航空動力學報. 2018(07)
[3]甲烷/空氣預混射流火焰的大渦模擬[J]. 夏一帆,楊瑤,王高峰,鄭耀.  燃燒科學與技術(shù). 2017(04)
[4]CH4/空氣和C3H8/空氣預混湍流火焰結(jié)構(gòu)及湍流火焰速度測量[J]. 俞森彬,王金華,聶要輝,張猛,金武,黃佐華.  燃燒科學與技術(shù). 2016(04)
[5]等離子體強化燃燒的目前研究進展[J]. 何立明,劉興建,趙兵兵,金濤,于錦祿,曾昊.  航空動力學報. 2016(07)
[6]雙級旋流杯結(jié)構(gòu)變化對點火特性的影響研究[J]. 康堯,林宇震,霍偉業(yè),查曉晨,張弛.  推進技術(shù). 2014(05)
[7]超聲速氣流中煤油射流的等離子體點火實驗[J]. 李飛,余西龍,顧洪斌,陳立紅,張新宇.  航空動力學報. 2012(04)
[8]貧油預混預蒸發(fā)低污染燃燒室頭部流場研究[J]. 顏應文,徐榕,鄧遠灝,朱嘉偉,徐華勝,趙堅行.  航空學報. 2012(06)
[9]航空發(fā)動機燃燒室火焰筒設計驗證方法研究[J]. 李瀚,索建秦,梁紅俠.  航空發(fā)動機. 2011(05)
[10]高溫升燃燒室主燃區(qū)流場和燃燒性能[J]. 彭云暉,劉旦,林宇震.  燃燒科學與技術(shù). 2010(05)

碩士論文
[1]點火方案對燃燒室點火性能的影響研究[D]. 呂浩杰.南京航空航天大學 2017
[2]LPP低污染燃燒室振蕩燃燒機理研究[D]. 黃亮.南京航空航天大學 2017
[3]航空發(fā)動機燃燒室點火模擬及特性研究[D]. 張斌.南京航空航天大學 2014
[4]燃氣輪機燃燒室初步設計程序開發(fā)及應用[D]. 林清華.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2013



本文編號：3188245