中心驻体式驻涡燃烧室实验和数值研究

摘要

驻涡燃烧室(Trapped Vortex Combustor，简称为TVC)采用先进的燃烧组织方式，实现了在点火性能、高燃烧效率和低污染排放等目标，同时TVC还具有结构简单、质量轻的特点，已逐渐成为能够匹配未来先进发动机的典型燃烧室。
　　 中心驻体式TVC采用在流道中设置前后两个钝体，利用两个钝体和壁面围成驻涡腔。在旋转冲压发动机中，这种结构的TVC工作于旋转冲压压缩转子产生的高压、高速进气条件下，其燃烧稳定性、燃料适应性、燃烧效率、排放性能等都亟待研究。
　　 本文通过实验测量手段，分别对三种前钝体形状的中心驻体式TVC性能进行了研究，得到了包括出口总压、驻涡腔内总压、驻涡腔上端壁静压、燃尽区上端壁静压和前后钝体表面静压以及燃烧室上端壁油流流谱在内的详细数据。分析得出了圆形头部钝体综合性能最优，冯卡门曲线头部钝体次之，五面体头部钝体最差的结论。
　　 同时，文章对实验测量的所有工况，都利用Fluent软件进行了数值模拟计算，通过对计算结果和实验结果在燃烧室出口总压损失系数和端壁压力分布等方面进行比对，验证了数值模拟计算在中心驻体式驻涡燃烧室定性分析中的重要作用。文章还对TVC内旋涡分布规律进行了一定的研究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 燃烧室技术发展

1．1．2 燃气轮机燃烧室

1．1．3 燃烧室的工作机理

1．1．4 驻涡燃烧室

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文研究意义与研究内容

1．3．1 研究意义

1．3．2 研究内容

第2章 实验装置及数值模拟方法

2．1 实验装置

2．1．1 实验风洞

2．1．2 实验测量内容

2．1．3 实验材料加工

2．1．4 数据测量与采集系统

2．1．5 测点布置

2．1．6 误差分析

2．2 数值模拟工具

2．2．1 控制方程

2．2．2 网格技术及后处理

2．2．3 求解方法

2．2．4 湍流模型

2．2．5 边界条件

第3章 中心驻体式驻涡燃烧室冷态实验

3．1 收缩段及实验件的设计

3．1．1 收缩段的设计

3．1．2 实验件的设计

3．2 前钝体头部形状

3．3 不同前钝体形状对驻涡燃烧室性能的影响

3．3．1 出口总压损失系数

3．3．2 钝体表面静压及等熵马赫数分布

3．3．3 驻涡腔上端面静压分布

3．3．4 燃尽区上端面静压分布

3．3．5 燃烧室上端面油流显示

3．4 不同来流总压对驻涡燃烧室性能的影响

3．4．1 出口总压损失系数

3．4．2 驻涡腔内总压分布

3．4．3 钝体表面静压及等熵马赫数分布

3．4．4 驻涡腔上端面静压分布

3．4．5 燃尽区上端面静压分布

3．4．6 燃烧室上端面油流显示

3．5 不同前后钝体间距对驻涡燃烧室旋涡分布的影响

3．6 本章小结

第4章 中心驻体式驻涡燃烧室数值研究

4．1 本文计算对象

4．1．1 网格生成及网格质量

4．1．2 湍流模型的选择

4．2 数值模拟与实验结果的比对

4．2．1 总压损失系数的比对

4．2．2 钝体表面静压分布的比对

4．2．3 钝体表面等熵马赫数分布的比对

4．2．4 燃烧室上端面壁面极限流线的比对

4．3 三种不同头部钝体的数值结果比较

4．3．1 三种不同头部钝体的进口速度分布

4．3．2 三种不同头部钝体所对应的驻涡腔平均静压

4．3．3 三种不同头部钝体所对应的驻涡腔平均速度

4．3．4 三种不同头部钝体所对应的驻涡腔平均湍流强度

4．3．5 三种不同头部钝体主流区对驻涡腔内部影响程度

4．4 冯卡门曲线钝体头部驻涡燃烧室的部分数值计算结果

4．4．1 进气段速度分布

4．4．2 燃烧室内涡系分布

4．5 本章小结

第5章 结论

参考文献

附录(一) 冯卡门曲线程序

附录(二) 前钝体前缘型线数据点

致谢