某型航空发动机燃烧室燃烧与排放特性的试验与数值研究

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mishier
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随着航空发动机技术水平的快速提升,军用航空发动机的发展目标是超高温升,而民用航空发动机的发展目标是最大程度降低大气环境污染,这对发动机燃烧室内的燃烧组织提出了新的要求,污染物排放、贫油燃烧稳定性、燃烧效率、出口温度分布、燃烧室温升水平之间存在着相互矛盾和制约的关系,只有充分了解燃烧室中燃料的燃烧反应和湍流流动的基本规律,才能彻底地解决这些问题。然而,在航空发动机燃烧室内,燃料的掺混、点火与燃烧过程是一个复杂的湍流燃烧过程,受燃料的化学反应动力学影响显著。由于试验测试技术的限制,燃烧室内部的流场、温度场分布及污染物浓度场分布等问题,需要精确的数值模拟才能获得。因此,本文对某型航空发动机模型燃烧室的点熄火、燃烧与排放特性进行了试验测试,构建了正癸烷的简化反应机理,并采用该简化反应机理对该模型燃烧室火焰筒的燃烧与排放特性进行了反应动力学计算,为进一步提高航空发动机燃烧室燃烧与排放特性的数值计算精度提供了理论基础与技术支持。(1)对某型航空发动机模型燃烧室在不同工况下的点熄火特性、出口温度分布与主要排放物浓度进行了试验测试,获得了进口空气温度、压力以及油气比对点熄火边界、温升、燃烧效率以及主要排放物浓度的影响规律。结果表明,随着进口空气温度的上升,点火油气比由0.0175下降至0.0129;随着进口空气压力的升高,熄火油气比由0.017降低至0.0111;随着进口温度、压力以及油气比的升高,燃烧室出口的UHC与CO浓度逐渐降低,而温升、出口平均温度和NOx浓度逐渐升高,燃烧效率由94%升高至97.85%。(2)以正癸烷作为航空煤油的模型燃料,采用反应流与敏感性分析,构建了正癸烷的简化反应机理。分别采用详细反应机理和简化反应机理计算正癸烷在激波管中的着火延迟时间和预混燃烧过程中各组分的浓度。结果表明,采用简化反应机理求得的着火延迟时间和预混燃烧过程主要组分的浓度与试验数据基本一致。(3)分别采用正癸烷简化反应机理与C12H23单步反应机理,对模型燃烧室单个火焰筒内的流场、温度场以及中间产物、排放物的浓度场分布特性等进行反应动力学计算,并与试验数据对比。结果表明,与采用C12H23的单步反应机理相比,采用正癸烷的简化反应机理计算得到的火焰筒内流场与温度场分布等可以较好的反映燃烧室的实际燃烧情况,出口温度场分布以及主要排放物浓度与相应试验数据更为接近。
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