加力燃烧室波瓣强迫混合器掺混及燃烧特性研究

摘要

随着航空科学技术的发展，涡扇加力燃烧室的结构和燃烧组织方式不断得以改进和完善，波瓣形混合器因其所具有的高效混合特点在高性能涡扇加力燃烧室中具有很好的应用前景。本文针对加力燃烧室前带中心锥的非对称波瓣混合器进行了CFD数值模拟及实验研究，分析了其气动掺混特性和对加力燃烧室特性的影响。
　　针对一个带中心内锥结构的二元波瓣强迫混合器，在模拟加力燃烧室的实验装置上对其掺混和燃烧性能进行了模型实验研究，并与常规的平行进气混合结构进行了对比分析。实验结果表明：波瓣混合器使得内、外涵混合气流沿通道高度方向的总压和总温分布趋于均匀，总压损失略大于常规混合器；在相同的油气比下，波瓣混合器可以使燃烧效率较常规混合器提高约10％，而且对点火和燃烧的稳定起到了明显的改善作用。
　　针对一个带中心内锥结构的二元波瓣强迫混合器，通过数值模拟较为系统地研究了非对称波瓣扩张角对于内外涵气流掺混性能的影响，在本文研究中，对应于波瓣波峰的上半扩张角变化范围为8°至14°，对应于波瓣波谷的下半扩张角变化范围为20°至35°。研究表明：具有较大下扩张角的非对称波瓣混合器，除了在波瓣下游形成相互逆转的大尺度流向涡对，在邻近波瓣波谷区域也诱导出附加的流向涡对；上扩张角的适度增加对总压恢复系数的影响非常微弱，热混合效率有小幅的提高；波瓣下扩张角的增加对内外涵气流掺混具有十分显著的强化效果且付出的掺混损失代价很小。
　　采用涡耗散模型对燃烧特性进行数值模拟，研究了不同结构的混合器产生的燃油分布、氧气分布和燃烧前温度分布等流场特性。研究表明，燃烧效率随波瓣瓣宽和下半扩张角的增加而增大，随上半扩张角的增大呈现先减后增的变化趋势。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 波瓣混合器气动特性及燃烧特性实验研究

2.1 实验模型及实验系统

2.2 实验结果及分析

2.3 本章小结

第三章 数值计算方法及实验验证

3.1 流动方程及湍流模型

3.2 湍流燃烧模型

第四章 波瓣混合器气动特性计算及分析

4.1 计算模型

4.2 边界条件及网格验证

4.3 混合器结构参数对流动混合的影响

4.4 进口涵道比对流动混合的影响

4.5 本章小结

第五章 波瓣混合器下加力燃烧室的燃烧特性

5.1 计算模型

5.2 计算方法

5.3 未考虑化学反应的流场计算结果及分析

5.4 考虑化学反应的燃烧流场计算结果及分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果与发表的论文