环形驻涡燃烧室冷态流动特性的数值研究

摘要

为了解决冲压发动机不能独立使用和在地面应用以及燃气涡轮发动机性能和成本受结构材料制约的问题，美国Ramgen动力系统公司提出一种基于冲压压缩技术的先进超声速发动机概念，它融压气、燃烧和排气做功于一体，利用高速旋转轮盘边缘产生的相对超声速气流，通过一系列激波冲压压缩来实现气流的增压。本文针对先进超声速发动机中旋转冲压转子后气流沿轮盘切向流出的情况，设计了中心钝体驻涡燃烧室的环形结构，以实现高效紧凑的燃烧。
　　 驻涡燃烧室作为一种新型燃烧室技术，其燃烧的稳定性、效率等问题都亟待研究。本文在中心钝体驻涡燃烧室的基础上设计了环形结构。针对不同来流马赫数作冷态流动特性的数值研究。计算结果后处理显示驻涡腔内旋涡的存在以及各流场参数的变化情况。流线图显示了驻涡腔以及后钝体后方流道内旋涡分布的无规律及不对称性。并通过与直流型式中心钝体驻涡燃烧室的计算结果比较，分析了两种形式差异的原因。
　　 由于旋涡的形成与驻涡燃烧室钝体结构息息相关。本文针对不同前后钝体间距以及不同后钝体宽度，做了环形驻涡燃烧室冷态流动特性的数值研究，结果得出，当后钝体宽度在85％～95％前钝体宽度的范围以及前后钝体间距为50％～70％前钝体宽度的范围时，驻涡腔内可以初步形成均匀稳定的旋涡，并可以得到较好的流场特性参数。因而可以在此范围内，对结构进行更细层次的优化设计。
　　 本文的冷态数值计算未包括喷射等因素，只是单纯分析了流体在此环形驻涡燃烧室结构下的流动规律，以为喷射、及环形驻涡燃烧室热态研究奠定基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 燃烧室理论

1．1．1 燃气轮机燃烧室的工作特点与基本要求

1．1．2 燃烧室的性能参数

1．2 驻涡燃烧室及其燃烧组织方式

1．3．1 驻涡燃烧室发展历程

1．3．2 国内关于驻涡燃烧室的研究成果

1．4 本文的研究意义与研究内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容及方案

第二章 数值模拟工具及校核

2．1 引言

2．2 连续方程和动量方程

2．2．1 质量守恒方程

2．2．2 动量守恒方程

2．2．3 能量方程

2．2．4 平均量输运方程

2．3 Fluent软件介绍

2．3．1 Fluent前处理技术

2．3．2 Fluent求解技术

2．3．3 Fluent后处理技术

2．4 湍流模型

2．4．1 k-ε模型

2．4．2 湍流模型的近壁处理

2．4．3 湍流相关参数定义

2．5 边界条件

2．5．1 压力入口边界条件

2．5．2 压力出口边界条件

2．5．3 壁面边界条件

2．5．4 周期性边界条件

2．5．5 内部界面边界条件

2．6 环形驻涡燃烧室模型建立及网格无关性验证

2．6．1 环形驻涡燃烧室三维模型建立过程

2．6．2 网格划分

2．6．3 边界条件设置

2．6．4 网格无关性验证

第三章 来流速度对环形驻涡燃烧室流场的影响研究

3．1 不同来流马赫数的计算模型

3．2 驻涡腔流线分布

3．2 流场速度分布

3．3 流场特性参数分析

3．4 结论

第四章 钝体结构参数对冷态流场影响分析

4．1 环形驻涡燃烧室后钝体宽度与冷态流场特性研究

4．1．1 不同后钝体宽度的计算模型

4．1．2 驻涡腔流线分布

4．1．3 流场速度云图

4．1．4 流场特性参数分析

4．1．5 结论

4．2 环形驻涡燃烧室前后钝体间距与冷态流场特性研究

4．2．1 不同前后钝体间距下的计算模型

4．2．2 驻涡腔流线分布

4．2．3 流场速度云图

4．2．4 流场特性参数分析

4．2．5 结论

结论

参考文献

致谢