低排放燃烧室分区供油喷嘴热防护方案研究

摘要

随着民用航空业的发展，航空发动机性能不断提高，从而导致燃烧室进口温度不断升高，高温空气对燃油系统的加热日趋严重；同时燃油作为冷源冷却飞机的电子、座舱、液压、滑油等装置的作用增强，燃油自身温度也随之升高。过高的燃油温度最终会导致燃油结焦沉积，严重影响发动机正常运作。本文基于某型分区供油燃烧室的喷嘴燃油管路开展热防护方案设计，利用数值模拟方法分析不同方案的热防护效果并进行方案改进，总结热防护设计思路，为热防护设计提供技术支持。同时针对热防护方案喷嘴的设计油路开展流阻特性试验，分析和总结设计油路的流阻损失规律，为喷嘴设计提供工程指导。
　　论文首先利用数值模拟方法对原型喷嘴进行流固耦合换热计算，分析原型喷嘴温度分布和换热特性，结果表明：在典型气动热力工况条件下，原型喷嘴内燃油湿壁温度均高于燃油结焦临界湿壁温度，在长期工作中必然会发生结焦沉积。
　　其次，在总结国内外燃油结焦特性和热防护措施的基础上，利用空气隔热屏和“油冷”结构措施开展原型喷嘴热防护设计研究。通过数值模拟结果分析表明，单一的空气隔热屏或“油冷”结构措施都无法满足全部典型工况条件下喷嘴油路的热防护设计要求，而结合两种措施的热防护方案基本可以满足喷嘴油路主体部分的热防护要求。在此基础上针对空气隔热屏结合“油冷”的设计方案进行了相关改进设计。与原方案对比发现，改进方案在燃油流动状态下具有更好的热防护效果，而不供油状态下的主油路最高湿壁温度略有升高，总体改进方案可以满足热防护设计要求。此外，论文还设计了“气冷”结构对主燃级喷口进行了积油吹除改进，显著降低了该位置的湿壁温度。
　　最后，论文针对热防护改进方案，在不同燃油进口流速和进口温度的条件下，对主、副油路开展了流阻特性试验研究，获得了主、副油路的流阻特性规律。另一方面利用不同湍流模型对设计油路进行了数值模拟研究，对比结果显示标准 k-ε模型的数值模拟结果与试验结果最接近。

目录

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注释表

下标

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容

第二章 原型喷嘴数值模拟分析

2.1原型喷嘴物理模型

2.2计算域与网格划分

2.3控制方程

2.4计算参数设置

2.5原型喷嘴数值模拟结果分析

2.6本章小结

第三章 热防护方案喷嘴数值模拟分析

3.1热防护方案设计思路

3.2不同热防护措施方案结构对比

3.3不同热防护措施数值模拟结果分析

3.4不同热防护方案数值模拟结果对比

3.5热防护方案3副油路不同燃油分配对比

3.6本章小结

第四章 热防护方案改进结构及数值模拟分析

4.1热防护方案改进思路

4.2热防护改进方案热防护数值模拟分析

4.3主燃级喷口改进

4.4本章小结

第五章 燃油管路流阻特性试验方案

5.1试验系统

5.2试验数据处理

5.3试验工况

5.4本章小结

第六章 燃油管路流阻特性试验结果分析

6.1流量标定结果

6.2主油路试验结果分析

6.3副油路试验结果分析

6.4主、副油路试验结果对比

6.5主、副油路经验公式整理

6.6试验结果与数值模拟结果对比

6.7试验误差分析

6.8本章小结

第七章 总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文