本文關(guān)鍵詞：先進(jìn)旋渦燃燒室燃燒特性及場(chǎng)協(xié)同分析

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【摘要】：為滿(mǎn)足現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)高溫升、低污染的性能要求,美國(guó)Ramgen公司提出了先進(jìn)旋渦燃燒室(Advanced Vortex Combustor,AVC)概念,依靠凹腔低速回流區(qū)提供的點(diǎn)火源來(lái)引燃燃料與空氣混合物從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。由于其綜合性能明顯優(yōu)于常規(guī)旋流器燃燒室而得到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注,是一種有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的新概念燃燒室,是未來(lái)軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫升燃燒室的設(shè)計(jì)方案之一,因此對(duì)AVC開(kāi)展深入的研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。本論文對(duì)后鈍體開(kāi)口AVC的湍流流動(dòng)以及燃燒特性進(jìn)行了數(shù)值研究,并用場(chǎng)協(xié)同原理對(duì)燃燒室的流動(dòng)和傳熱性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。對(duì)不同工況下后鈍體開(kāi)口AVC的燃燒性能進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果表明,后鈍體開(kāi)口AVC在各氣動(dòng)參數(shù)下都能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。隨著來(lái)流速度的增大,總壓損失增大,燃燒效率減小,凹腔內(nèi)高溫分布區(qū)域增大且分布更加均勻。隨著來(lái)流溫度的提高,總壓損失先減小后保持不變,燃燒效率增大。隨著壁面溫度的提高,凹腔內(nèi)溫度升高且分布更加均勻,總壓損失增大,燃燒效率減小。隨著燃?xì)猱?dāng)量比的增大,總壓損失先增大后減小,燃燒效率減小。為增強(qiáng)燃?xì)鈸交煨Ч?提高燃燒性能,將渦流發(fā)生器燃料射流原理應(yīng)用于后鈍體開(kāi)口AVC,并對(duì)不同射流參數(shù)(射流前傾角α、側(cè)傾角β、射流孔徑D及射流比R)時(shí)的燃燒流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值研究。結(jié)果表明,基于渦流發(fā)生器燃料射流原理的AVC性能優(yōu)于傳統(tǒng)射流AVC。增大α及β,可以提高燃?xì)鈸交炻?增大凹腔中心湍流度,并使更多的熱能轉(zhuǎn)化為燃燒室出口動(dòng)能,但是總壓損失明顯增大。增大側(cè)傾角β可使凹腔內(nèi)高溫分布更均勻。隨著射流孔徑D及射流比R的增大,燃燒室整體溫度分布先增大后減小。當(dāng)α=60°,β=60°時(shí)燃燒室能夠在貧燃條件下實(shí)現(xiàn)高溫、低壓降、低污染的穩(wěn)定燃燒。為了在不依賴(lài)凹腔射流的情況下實(shí)現(xiàn)凹腔雙旋渦結(jié)構(gòu),在后鈍體開(kāi)口AVC前鈍體兩側(cè)引入兩個(gè)導(dǎo)流片,對(duì)導(dǎo)流片不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下燃燒室湍流流動(dòng)及燃燒性能進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明,帶導(dǎo)流片的AVC性能表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性,能夠在不依賴(lài)凹腔射流的情況下形成理想的雙旋渦結(jié)構(gòu),有利于增強(qiáng)凹腔穩(wěn)焰及燃?xì)鈸交?大幅度提高燃燒效率,改善出口溫度分布,降低NO排放。導(dǎo)流片結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)燃燒室性能影響呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。當(dāng)導(dǎo)流片伸入凹腔的長(zhǎng)度與前鈍體高度之比(a/B)為0.2,導(dǎo)流片到前鈍體上端面的距離與燃燒室進(jìn)氣通道高度之比(b/H)為0.4,導(dǎo)流片到前鈍體后端面的距離與凹腔長(zhǎng)度之比(c/L)為0.1~0.2時(shí),燃燒室在貧燃條件下可以實(shí)現(xiàn)低壓降、低污染的穩(wěn)定燃燒,而且出口溫度分布均勻�；趫�(chǎng)協(xié)同原理,探討了先進(jìn)旋渦燃燒室流動(dòng)傳熱特性,對(duì)AVC的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)及其場(chǎng)協(xié)同角分布進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明,協(xié)同角較小的區(qū)域主要分布在后鈍體后側(cè)、凹腔內(nèi)部以及進(jìn)氣通道橫向中心截面上。旋渦區(qū)可以強(qiáng)化換熱。對(duì)于速度場(chǎng)與溫度場(chǎng),燃燒室中心截面的場(chǎng)協(xié)同性能最好,且體平均協(xié)同角大于面平均協(xié)同角。隨著來(lái)流速度及來(lái)流溫度的增大,場(chǎng)平均協(xié)同角呈遞減趨勢(shì);隨著壁溫的提高,場(chǎng)平均協(xié)同角增大;當(dāng)量比小于1.0時(shí),場(chǎng)平均協(xié)同角隨著當(dāng)量比的增大而增大,而達(dá)到1.0之后變化不明顯。通過(guò)對(duì)速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)進(jìn)行多場(chǎng)協(xié)同分析,對(duì)AVC的流動(dòng)和傳熱性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:隨著燃燒室來(lái)流速度的增大,速度與速度梯度的協(xié)同角α、速度與溫度梯度的協(xié)同角β、速度與壓力梯度的協(xié)同角θ均減小,溫度梯度與速度梯度的協(xié)同角γ及壓力梯度與速度梯度的協(xié)同角φ增大。隨著來(lái)流溫度的提高,α,θ增大,β,γ,φ減小。隨著壁面溫度的提高,α,θ減小,β,γ,φ增大。對(duì)于AVC湍流流場(chǎng)的傳熱強(qiáng)化問(wèn)題,增大來(lái)流速度和來(lái)流溫度,降低壁面溫度會(huì)強(qiáng)化流動(dòng)換熱;增大來(lái)流速度和壁面溫度,降低來(lái)流溫度可以減少傳熱功耗;增大來(lái)流速度和壁面溫度,降低來(lái)流溫度能夠提高強(qiáng)化傳熱的綜合性能。
【關(guān)鍵詞】：先進(jìn)旋渦燃燒室 湍流燃燒 渦流發(fā)生器 導(dǎo)流片 場(chǎng)協(xié)同
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V231.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 研究背景與意義12-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-21
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.4 本章小結(jié)22-23
• 第2章 數(shù)值計(jì)算模型及方法23-31
• 2.1 數(shù)值模擬理論23-25
• 2.1.1 燃燒室數(shù)值分析概述23
• 2.1.2 基本控制方程23-25
• 2.2 湍流模型25-27
• 2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)k-ε 模型25
• 2.2.2 RNG k-ε 模型25-26
• 2.2.3 Realizable k-ε 模型26-27
• 2.3 反應(yīng)模型27
• 2.4 網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證27-29
• 2.5 實(shí)驗(yàn)算例驗(yàn)證29-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第3章 后鈍體開(kāi)口AVC燃燒數(shù)值模擬31-43
• 3.1 計(jì)算模型及方法31-32
• 3.1.1 燃燒室?guī)缀文Ｐ图敖Y(jié)構(gòu)參數(shù)31
• 3.1.2 邊界條件及研究參數(shù)31-32
• 3.2 計(jì)算結(jié)果與分析32-41
• 3.2.1 來(lái)流速度對(duì)燃燒性能的影響分析32-34
• 3.2.2 來(lái)流溫度對(duì)燃燒性能的影響分析34-38
• 3.2.3 壁面溫度對(duì)燃燒性能的影響分析38-39
• 3.2.4 燃?xì)猱?dāng)量比對(duì)燃燒性能的影響分析39-41
• 3.3 本章小結(jié)41-43
• 第4章 基于渦流發(fā)生器射流原理的AVC燃燒特性研究43-58
• 4.1 計(jì)算模型及方法43-45
• 4.1.1 燃燒室?guī)缀文Ｐ图敖Y(jié)構(gòu)參數(shù)43
• 4.1.2 渦流發(fā)生器原理及射流參數(shù)43-44
• 4.1.3 計(jì)算模型及邊界條件44-45
• 4.2 計(jì)算結(jié)果與分析45-56
• 4.2.1 基于渦流發(fā)生器射流原理AVC的優(yōu)越性驗(yàn)證45-47
• 4.2.1.1 速度流場(chǎng)分布45-46
• 4.2.1.2 燃料分布46-47
• 4.2.1.3 燃燒室溫度分布47
• 4.2.2 前傾角 α 對(duì)燃燒性能的影響分析47-51
• 4.2.2.1 速度流場(chǎng)分布48
• 4.2.2.2 湍流度分布48-49
• 4.2.2.3 凹腔內(nèi)溫度分布及燃燒效率49-50
• 4.2.2.4 總壓損失50
• 4.2.2.5 NO分布50-51
• 4.2.3 側(cè)傾角 β 對(duì)燃燒性能的影響分析51-54
• 4.2.3.1 速度流場(chǎng)分布51-52
• 4.2.3.2 湍流度分布52-53
• 4.2.3.3 凹腔內(nèi)溫度分布及燃燒效率53-54
• 4.2.3.4 總壓損失54
• 4.2.4 射流孔徑D對(duì)燃燒性能的影響分析54-55
• 4.2.5 射流比R對(duì)燃燒性能的影響分析55-56
• 4.3 本章小結(jié)56-58
• 第5章 帶導(dǎo)流片的AVC燃燒特性研究58-71
• 5.1 計(jì)算模型及方法58-60
• 5.1.1 燃燒室?guī)缀文Ｐ图敖Y(jié)構(gòu)參數(shù)58-59
• 5.1.2 邊界條件及研究參數(shù)59-60
• 5.2 計(jì)算結(jié)果與分析60-70
• 5.2.1 a/B對(duì)燃燒室性能的影響分析60-64
• 5.2.1.1 速度流場(chǎng)分布60-61
• 5.2.1.2 總壓損失61-62
• 5.2.1.3 溫度分布及燃燒效率62-63
• 5.2.1.4 NO排放63-64
• 5.2.2 b/H對(duì)燃燒室性能的影響分析64-68
• 5.2.2.1 總壓損失64-65
• 5.2.2.2 速度流場(chǎng)分布65-66
• 5.2.2.3 溫度分布及燃燒效率66-67
• 5.2.2.4 NO排放67-68
• 5.2.3 c/L對(duì)燃燒室性能的影響分析68-70
• 5.2.3.1 速度流場(chǎng)分布68
• 5.2.3.2 溫度分布及燃燒效率68-69
• 5.2.3.3 NO排放及總壓損失69-70
• 5.3 本章小結(jié)70-71
• 第6章 AVC流動(dòng)傳熱的場(chǎng)協(xié)同分析71-93
• 6.1 AVC速度場(chǎng)與溫度場(chǎng)協(xié)同分析71-82
• 6.1.1 場(chǎng)協(xié)同理論71-72
• 6.1.2 計(jì)算結(jié)果及分析72-82
• 6.1.2.1 來(lái)流速度對(duì)燃燒室協(xié)同場(chǎng)的影響分析76-78
• 6.1.2.2 來(lái)流溫度對(duì)燃燒室協(xié)同場(chǎng)的影響分析78-79
• 6.1.2.3 壁面溫度對(duì)燃燒室協(xié)同場(chǎng)的影響分析79-81
• 6.1.2.4 燃?xì)猱?dāng)量比對(duì)燃燒室協(xié)同場(chǎng)的影響分析81-82
• 6.2 AVC多場(chǎng)協(xié)同分析82-91
• 6.2.1 多場(chǎng)協(xié)同理論82-84
• 6.2.2 計(jì)算結(jié)果與分析84-91
• 6.2.2.1 來(lái)流速度對(duì)多協(xié)同場(chǎng)的影響分析85-87
• 6.2.2.2 來(lái)流溫度對(duì)多協(xié)同場(chǎng)的影響分析87-89
• 6.2.2.3 壁面溫度對(duì)多協(xié)同場(chǎng)的影響分析89-91
• 6.3 本章小結(jié)91-93
• 第7章 結(jié)論與展望93-96
• 7.1 本文研究結(jié)論93-95
• 7.2 研究展望95-96
• 參考文獻(xiàn)96-101
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文101-102
• 致謝102-103

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 杜希奇;蔣增鑓;佟勝喜;何宏偉;;基于渦流發(fā)生器控制民機(jī)后體流動(dòng)分離與減阻機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究[J];工程力學(xué);2012年08期

2 孔昭健;樊未軍;易琪;劉玉英;楊茂林;;采用蒸發(fā)管供油的駐渦燃燒室點(diǎn)火及貧油熄火特性[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2007年07期

3 黃紅波;陸芳;;渦流發(fā)生器應(yīng)用發(fā)展進(jìn)展[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版);2011年03期

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5 邢菲;樊未軍;柳楊;孔昭健;楊茂林;;凹腔油氣匹配對(duì)駐渦燃燒室點(diǎn)火性能影響試驗(yàn)[J];推進(jìn)技術(shù);2008年04期

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本文編號(hào)：585575