炮式起动条件下的微型燃烧室烟火点火技术研究

摘要

微型涡轮喷气发动机具有重量轻、功率大、功率密度高等优点，在军民两方面都具有广泛的应用前景，其快速起动技术是微型涡喷发动机应用中的关键技术，而炮式起动是解决发动机快速起动的有效手段。微型燃烧室作为微型发动机的“心脏”，其快速、可靠点火直接影响发动机的快速起动性能，烟火点火技术由于具点火能量高、点火快、工作范围宽等特点，常用于炮式起动条件下的微型燃烧室点火，因此本文针对炮式起动条件下的微型燃烧室烟火点火技术开展相关研究工作。本文首先针对炮式起动条件下的最大外径为120mm的蒸发管式微型燃烧室提出了烟火点火器的性能指标和烟火点火器导流管方案；然后采用CFD方法研究耦合烟火点火器的微型燃烧室点火性能；最后探索了化学反应器网络方法计算微型燃烧室的烟火点火性能的可行性。
　　数值计算中，三维CFD方法耦合了详细化学动力学机理，选用了PISO算法、一阶迎风差分格式、标准εκ湍流模型、标准壁面函数的计算方法，并根据点火后燃烧室能否发生稳定燃烧以判定其初始条件是否满足点火条件；化学反应器网络方法结合了完全搅拌模型(PSR)、部分搅拌模型(Pasr)和柱塞流反应模型(PFR)模拟微型燃烧室火焰筒。
　　本文研究结果表明：通过合理布置点火器导流管上射流孔的位置和孔径的大小，在导流管右侧的蒸发管出口附近形成了较为理想的点火区域，该区域具有较高的温度（可达到800K左右）和较佳的油气分布（接近化学恰当比）,表明高速热射流点火技术能满足微型燃烧室在大流量工况下的点火要求。三维CFD方法和化学反应器网络(CRN)方法，对微型燃烧室的烟火点火研究有一定的预估能力，可以满足工程上的要求，其中CFD方法耦合详细化学动力学机理，采用稳态计算方法，并根据点火后燃烧室温度是否高于点火射流的温度以判定其点火是否成功；化学反应器网络(CRN)方法是结合完全搅拌模型(PSR)、部分搅拌模型(PaSR)和柱塞流反应模型(PFR)模拟燃烧室的点火情况，采用PSR模型模拟火焰筒头部区域，部分搅拌模型(PaSR)模拟火焰筒中间区域，柱塞流模型模拟火焰筒出口区域。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究状况

1.3 本文主要研究内容

第二章 烟火点火器方案设计研究

2.1 烟火点火器介绍

2.2 烟火点火器方案设计

2.3 烟火点火器导流 管内燃气流动数值研究

2.4 本章小结

第三章 耦合烟火点火器的微型燃烧室点火数值研究

3.1 计算模型

3.2 3种典型射流下燃烧室反应流特征研究

3.3 组合射流下燃烧室反应流特征研究

3.4 本章小结

第四章 基于微型燃烧室烟火点火的化学反应器网络方法研究

4.1 计算方法及主要反应器介绍

4.2 燃烧室结构介绍及燃油处理方法

4.3 燃烧室建模分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的文章