凹腔與支板穩(wěn)定組合加力燃燒室冷態(tài)流場(chǎng)特性研究.pdf

1、隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，加力燃燒室進(jìn)口總壓、總溫不斷增大，加力燃燒室的工作環(huán)境更加惡劣。而傳統(tǒng)燃燒室中，放置在流路中的供油裝置以及鈍體火焰穩(wěn)定器，不可避免的帶來一些問題，如總壓損失，燃油自燃。為了在苛刻的參數(shù)下獲得更為優(yōu)越的性能，有必要在傳統(tǒng)加力燃燒室的基礎(chǔ)上開展新概念、新思路的加力燃燒室研究，本文以渦輪出口整流支板與加力燃燒室的穩(wěn)定器互為融合構(gòu)成的一體化加力燃燒系統(tǒng)對(duì)象，開展探索研究，結(jié)合理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬等方法研究了凹腔和支

2、板組合穩(wěn)定加力燃燒室流場(chǎng)的部分基本問題，為加力燃燒室發(fā)展提供技術(shù)儲(chǔ)備。
　　應(yīng)用粒子圖像測(cè)速技術(shù)獲得了模型加力燃燒室冷態(tài)流場(chǎng)宏觀特性及細(xì)節(jié)特征。結(jié)果表明，隨著進(jìn)口馬赫數(shù)的增加，凹腔內(nèi)回流區(qū)變得完整，凹腔中氣流沿徑向支板穿透能力增加，同時(shí)，主流截面，凹腔內(nèi)回流區(qū)面積隨進(jìn)口馬赫數(shù)增加而增大；隨著進(jìn)口夾角的增大，支板整流效果變差，流場(chǎng)均勻度變差，當(dāng)來流夾角小于9°時(shí)，支板整流效果較好；改變凹腔形式，只由主流卷入，凹腔內(nèi)能形成回流區(qū)，且回

3、流區(qū)渦結(jié)構(gòu)不受主流高速氣流的影響。
　　應(yīng)用數(shù)值方法對(duì)加力燃燒室展開計(jì)算方法驗(yàn)證。數(shù)值計(jì)算模擬結(jié)果表明，Standard k-ε湍流模型對(duì)本文模型加力燃燒室流場(chǎng)預(yù)測(cè)精度最高。開展了加力燃燒室冷態(tài)流場(chǎng)細(xì)節(jié)研究，通過數(shù)值模擬的方法，獲得了加力燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)變化流場(chǎng)變化規(guī)律。
　　1)當(dāng)凹腔長(zhǎng)度增加時(shí)，凹腔流量增大，凹腔內(nèi)氣流徑向穿透距離增加，凹腔內(nèi)回流區(qū)尺寸變大，渦心軸向距離變大，徑向距離略有增加。
　　2)當(dāng)凹腔高度增加

4、時(shí)，凹腔流量增加，凹腔內(nèi)氣流速度變大、駐留時(shí)間減短、與主流動(dòng)量和能量交換能力增強(qiáng)，渦心軸向距離增大，徑向距離變小。
　　3)當(dāng)凹腔后壁面折角增大時(shí)，凹腔流量增大，渦心軸向距離和徑向距離都增加，且軸向距離變化約為徑向距離變化的2倍。
　　4)在只有支板情況下，支板后折角為65°的支板表現(xiàn)出更好的整流性能。但在凹腔與支板匹配后，后折角為90°的支板表現(xiàn)出更好的性能。當(dāng)支板后折角增大時(shí)，加力燃燒室中的總壓損失降低，同時(shí)，凹腔內(nèi)的流

5、量增加，支板整流效果變好。
　　5)當(dāng)支板傾斜角度增加時(shí)，燃燒室中的總壓損失降低，凹腔內(nèi)流量減少，且凹腔內(nèi)氣流的穿透能力增加，支板后流向渦渦量增大，凹腔與主流間的動(dòng)量和能量交換能力增強(qiáng)，支板整流效果變差。
　　6)通過數(shù)值計(jì)算模擬，獲得一種內(nèi)凹腔與支板穩(wěn)定組合加力燃燒室優(yōu)化參數(shù)，凹腔位置為200mm，凹腔高度45mm,凹腔長(zhǎng)度60mm，凹腔后壁面折角135°，支板后折角90°，傾斜角30°，計(jì)算結(jié)果表明，該組參數(shù)的加力燃燒室