本文的研究對(duì)象為一種新構(gòu)型的短螺旋燃燒室,其最基本的特點(diǎn)為燃燒室的頭部沿著發(fā)動(dòng)機(jī)主軸線向周向傾斜了一定的角度,從而形成一種非軸向進(jìn)氣的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有縮短發(fā)動(dòng)機(jī)軸向長(zhǎng)度、減少渦輪入口導(dǎo)葉數(shù)量和折轉(zhuǎn)角、降低氣動(dòng)損失和所需渦輪冷卻空氣量的潛力。然而,由于短螺旋燃燒室的頭部?jī)A斜了一定角度,相鄰頭部的交界處增加了一段具有一定長(zhǎng)度的側(cè)壁面,其長(zhǎng)度與頭部?jī)A斜角呈正相關(guān)。此時(shí),燃燒室的旋流一側(cè)受到側(cè)壁面的約束,而另一側(cè)卻是非受限的,從而使燃燒室體現(xiàn)出單側(cè)受限的旋流流動(dòng)特征。為了對(duì)短螺旋燃燒室內(nèi)的單側(cè)受限旋流流動(dòng)規(guī)律有更加深入且系統(tǒng)的認(rèn)識(shí),采用雷諾平均數(shù)值模擬、大渦模擬和實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了研究,相關(guān)研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下:1)本文首先采用定常的雷諾平均數(shù)值模擬對(duì)七個(gè)不同頭部安裝角的燃燒室的流場(chǎng)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)隨著頭部安裝角的增加,旋流器下游回流區(qū)出現(xiàn)常規(guī)模態(tài)、單渦模態(tài)、臨界模態(tài)和雙渦模態(tài)。常規(guī)模態(tài)時(shí)展向截面上的旋渦為對(duì)稱的環(huán)狀;單渦模態(tài)時(shí)旋渦為馬蹄狀;隨著流場(chǎng)逐漸變?yōu)榕R界模態(tài)和雙渦模態(tài),旋渦逐漸演化為封閉的環(huán)形。流場(chǎng)中出現(xiàn)不同旋渦模態(tài)及對(duì)應(yīng)的旋渦形狀與氣動(dòng)邊界的形成與發(fā)展有關(guān)。氣動(dòng)邊界位于側(cè)壁面的下游,其可以抑... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：117 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

航空發(fā)動(dòng)機(jī)單頭部燃燒室示意圖[1]

?幕旌希?谷忌嶄?浞鄭??彼?梢員苊?燃燒室內(nèi)部出現(xiàn)局部高溫區(qū)域，從而降低熱力型NOx的生成量。中心分級(jí)燃燒室具有預(yù)燃級(jí)和主燃級(jí)，預(yù)燃級(jí)采用略富油的油氣比進(jìn)行燃燒從而保證火焰的穩(wěn)定性，而主燃級(jí)采用貧油燃燒以降低NOx的生成。以上所述的新型燃燒室有些已在工業(yè)上成功應(yīng)用，顯著地推動(dòng)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展。為了進(jìn)一步提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的特定性能，本文研究一種新構(gòu)型的燃燒室——短螺旋燃燒室[9]，其最主要的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是燃燒室頭部軸線沿發(fā)動(dòng)機(jī)周向向發(fā)動(dòng)機(jī)主軸線傾斜一定角度，從而形成一種非軸向進(jìn)氣的結(jié)構(gòu)，如圖1.2所示。圖1.2傳統(tǒng)燃燒室與短螺旋型燃燒室概念對(duì)比圖[9]Figure1.2Comparisonofconventionalcombustorsandshorthelicalcombustors[9]

燒室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，二十世紀(jì)五十年代開(kāi)始就有研究者提出過(guò)相似概念的燃燒室構(gòu)型并申請(qǐng)了專利[10-17]。在這些專利中，Hall等提出了一種徑向雙頭部的結(jié)構(gòu)，并建議周向相鄰的旋流器采用反旋的結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)主燃區(qū)的空氣和燃油的混合[11]；Burd等考慮了頭部的不同安裝方式的可能性[13]；Buret等人提出火焰筒上開(kāi)傾斜的冷卻孔以減小氣動(dòng)損失[15]；Negulescu等人則對(duì)燃燒室入口處即壓氣機(jī)出口導(dǎo)葉和擴(kuò)壓器的氣動(dòng)特性進(jìn)行了分析[16-17]；胡斌等則給出了短螺旋燃燒室的三維全環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及主燃孔和冷卻孔等的排布方式[18]，如圖1.3所示。圖1.3短螺旋燃燒室三維全環(huán)結(jié)構(gòu)[18]Figure1.3Three-dimensionalannularconfigurationofshorthelicalcombustors[18]然而，以上所述專利主要關(guān)注于燃燒室概念和結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，并沒(méi)有指出這種非軸向進(jìn)氣的結(jié)構(gòu)對(duì)燃燒室流場(chǎng)和燃燒性能帶來(lái)的影響。2015年，B.Ariatabar根據(jù)相似分析完成了短螺旋燃燒室的�；瘻�(zhǔn)則，并總結(jié)了短螺旋燃燒室設(shè)計(jì)過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題[9]：（1）擴(kuò)壓器：由于壓氣機(jī)出口導(dǎo)葉的折轉(zhuǎn)角變小，空氣流入擴(kuò)壓器時(shí)具有較大的周向速度，而軸向速度由于減速而變小，因此擴(kuò)壓器內(nèi)速度的攻角與傳統(tǒng)燃


本文編號(hào)：3267904