进气畸变和燃油脉动对燃烧室内燃烧流场的影响研究

摘要

由于燃烧室燃烧的稳定性直接关系到航空发动机工作的安全性，因此有必要对燃烧室燃烧不稳定性进行研究和分析，而燃烧室进口速度畸变和燃油脉动是影响燃烧室燃烧稳定性的重要因素。本文通过数值模拟的方法研究了燃烧室进口速度畸变及燃油脉动对燃烧室温度场的影响。
　　通过插板的方法模拟了9种的径向速度畸变和2种周向速度畸变，利用FLUNET商业软件，对均匀进口、9种径向速度畸变和2种周向速度畸变进行了稳态的模拟，分析了燃烧室进口径向和周向速度畸变对燃烧室流场和温度场的影响。计算结果表明：燃烧室进口速度畸变对火焰筒头部温度分布影响较小，对燃烧室出口温度场影响较大，使得燃烧是出口温度品质恶化，尤其使出口径向温度分布系数（RTDF）严重恶化。
　　通过在FLUENT软件中添加用户自定义函数（UDF）将燃油脉动和燃烧室进口速度畸变耦合起来，实现了存在燃油脉动和进气畸变这种不稳定燃烧过程的近似计算。燃油脉动以三角波的形式给出，分别在5种模型上模拟了燃油脉动过程，研究了燃油脉动和燃烧室进口速度畸变对燃烧室温度场的影响。计算结果表明：（1）燃烧室出口平均温度、最高温度和最高平均径向温度会随着燃油的脉动规律而变化，但是，燃烧室出口平均温度、最高温度和最高平均径向温度对燃油脉动规律的响应具有一定的滞后性；（2）燃油脉动使得主燃孔截面温度场严重恶化，不仅降低了主燃孔截面最高温度，而且使主燃孔截面温度分布很不合理；（3）燃油脉动和燃烧室进口速度畸变的耦合作用不仅燃烧室出口温度品质严重恶化，而且会使在叶尖或叶根处存在高温区，对涡轮造成严重的影响。
　　本文的研究结果可以为研究燃烧室燃烧不稳定性提供有力的依据。

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注释表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2航空发动机燃烧过程数值模拟

1.3燃烧不稳定性简介

1.4.国内外研究现状

1.5本文的主要研究内容

第二章 燃烧室CFD计算的数学物理基础和数值计算方法

2.1基本守恒方程组

2.2湍流模型

2.3两相流模型

2.4燃烧模型

2.5辐射模型

第三章 燃烧室进口速度畸变对燃烧室温度场的影响

3.1燃烧室几何模型及网格

3.2燃烧室进口速度畸变

3.3计算边界条件

3.4计算结果及分析

3.5本章小结

第四章 燃烧室进口速度畸变和燃油脉动耦合作用对燃烧室温度场的影响

4.1燃油脉动燃烧过程的模拟方法

4.2燃油脉动参数

4.3计算结果分析

4.4本章小结

第五章 结束语

5.1结论

5.2工作展望

参考文献

致谢

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