折流燃烧室火焰筒进气孔参数对燃烧性能的影响

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折流燃烧室作为涡轴发动机的核心部件,具有流动不对称、对尺寸效应敏感、流场结构复杂等特点。本文对折流燃烧室火焰筒上主燃孔数目以及排布方式、进气斗面积以及掺混孔数目设计了不同结构方案,采用数值模拟与试验相结合的研究方法,探究了不同进气孔参数下折流燃烧室性能的变化规律。主要得到的研究结论有:1.掌握了不同主燃孔结构下对折流燃烧室流场与性能的影响规律:通过研究发现主燃孔的存在对折流燃烧室的性能影响较大。折流燃烧室的流阻特性主要与进气面积相关,随着主燃孔进气面积的减小,由于沿程损失增大、射流掺混增强以及流量分配引起的局部损失增加,使总压损失系数、流阻系数不断增大。不同主燃孔数目以及排布方式对于折流燃烧室的点火特性影响较大。在沿流向仅第一排主燃孔进气的火焰筒方案中,由于其内部流场内主燃以及掺混射流的引射作用增强以及减少了部分主燃射流后,使得主燃区内的局部当量比增大,还促使更多的燃油进入了主燃区内的低速漩涡区内参与燃烧,该方案燃烧稳定性以及充分性得到提高,燃烧室点火特性增强,点火油气比仅为0.009。对于不同方案下的燃烧性能,随着主燃孔数目的减少或主燃孔位置远离进气斗,燃烧室的燃烧效率提高以及出口温度分布更均匀。其中沿流向仅第一排主燃孔进气的火焰筒方案,其平均燃烧效率以及出口温度分布在所有方案中最佳。对于折流燃烧室,通过选择恰当数目及位置时的主燃孔结构,能使得折流燃烧室内部在具有更高的主燃区当量比同时也具有更优的流场组织结构,进而拥有稳定高效的燃烧组织方式,从而拓宽整个燃烧室的点火边界以及燃烧效率。2.掌握了不同进气斗通道面积下对折流燃烧室流场与性能的影响规律:通过研究发现进气斗通道面积的变化对于主燃区的流场结构以及温度分布具有影响。改变进气斗面积,不仅会使得主燃区内的温度降低且还将减弱进气斗射流自身的掺混阻隔主燃区燃烧的作用。3.掌握了不同掺混孔数目下对折流燃烧室流场与性能的影响规律:通过研究发现外环掺混孔数目的变化仅对主燃区的温度变化具有影响。随着掺混孔数目的减少,主燃区内流场结构维持不变,仅使主燃区内的温度降低。改变掺混孔数目,仅会使得主燃区内的温度降低,对主燃区流场结构影响较小。本文获得的研究结果可以为折流燃烧室的性能优化提供有价值的参考。
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