某折流燃燒室多斜孔壁冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計的數(shù)值研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代航空發(fā)動機的不斷發(fā)展，燃燒室越來越趨向于高溫升特性的發(fā)展趨勢，這就意味著需要更多的燃燒空氣量，在燃燒室總進氣量一定的條件下，冷卻空氣量則要不斷降低，火焰筒的冷卻問題變得越來越突出。
　　本文為了降低冷卻空氣量，提高出口溫度，將多斜孔壁冷卻結(jié)構(gòu)應(yīng)用到折流燃燒室火焰筒壁上，在其實際工作狀態(tài)下，運用FLUENT軟件進行數(shù)值模擬分析研究。主要包括以下三個方面:(1)原型傳統(tǒng)折流室的冷卻特性的數(shù)值研究;(2)設(shè)計多斜孔壁折流燃燒室和

2、對其冷卻特性的分析;(3)燃油量對原型傳統(tǒng)折流燃燒室和多斜孔壁折流燃燒室性能的影響。
　　首先，數(shù)值模擬了原型傳統(tǒng)折流燃燒室的流動燃燒傳熱特性，包括考慮空心導向葉片傳熱和不考慮導向葉片傳熱兩種情況，分析原型折流燃燒室在兩種情況下流場、壓力場、空氣分配、燃燒組分濃度和溫度場等分布規(guī)律，并進行了比較分析，發(fā)現(xiàn)兩種情況下火焰筒內(nèi)的流場溫度場等基本一致，然而前者的計算周期是后者的2倍。綜合考慮分析，本文對下一步多斜孔壁折流燃燒室的數(shù)值模擬

3、，將不考慮空心導向葉片的傳熱。
　　其次，根據(jù)原型傳統(tǒng)折流燃燒室的冷卻特性，設(shè)計研究了采用多斜孔壁冷卻結(jié)構(gòu)方式的折流燃燒室，進而對其進行流動燃燒傳熱的數(shù)值模擬，模擬結(jié)果與原型折流燃燒室的換熱特性進行對比分析。研究發(fā)現(xiàn):折流燃燒室在采用多斜孔壁冷卻方式后，流場分布上基本不受影響，其總壓損失比原型燃燒室增加了0.317％;前者在火焰筒外環(huán)壁溫度分布上比后者更加均勻，外環(huán)壁的最高溫度前者為1.87，后者為1.94，降低了3.6％，超過1

4、.6的高溫區(qū)范圍，前者比后者小很多，縮小了70.76％。前者冷卻外環(huán)壁的冷卻空氣量比后者降低了59.05％，主燃孔和進氣斗的進氣量比后者分別增加了45.63％和4.17％，冷卻空氣量的大大降低，能提供了更多的空氣參與主燃區(qū)燃燒。
　　最后，由于已有更多的空氣能夠參與到燃燒過程中，故可增加燃燒室燃油量，來提高燃燒室出口溫度，數(shù)值模擬了多斜孔壁和原型燃燒室在另六種燃油量狀態(tài)下的流動燃燒傳熱特性。研究發(fā)現(xiàn):在流場、壓力場分布、空氣分配上

5、，兩種燃燒室受燃油量變化影響較小;兩者主燃區(qū)燃氣的最高溫度基本不受燃油量影響;兩者的出口溫度均隨燃油量的增加而提高，且提高幅度基本一致;在任意燃油量狀態(tài)下，多斜孔壁折流燃燒室的出口溫度均比原型折流燃燒室略高。當原始燃油流量增加51％時，多斜孔壁燃燒室出口平均溫度達到2.15，比原型傳統(tǒng)折流燃燒室在其原始燃油量狀態(tài)下提高了20.4％。隨著燃油量的增加，原型燃燒室火焰筒外環(huán)壁上超過1.6的高溫區(qū)范圍擴大得很明顯，而多斜孔壁燃燒室受影響不大，