某型航空发动机燃烧室火焰筒掺混区的数值模拟

摘要

本文深入调研了国内外航空发动机燃烧室掺混区的研究概况，概述了掺混区研究的主要方法、现状及其发展趋势，详细论述了燃烧室掺混区的基本问题和燃烧室中三维两相燃烧模拟的理论基础、数值计算方法。采用Fluent6．2软件对某型机的慢车状态、高空小平飞状态、中间状态、最大热负荷状态、最大状态进行三维两相湍流燃烧的掺混区速度场、温度场、油滴轨迹的数值模拟计算。通过对计算结果的分析及与试验结果的比较，研究了掺混区的特性。分析指出：掺混区的冷、热区决定出口温场的冷、热区，掺混区主要起降温均温作用，可提高出口温场均匀度20﹪以上，明显降低高温区，对于主要工作状态一般可达400K以上；掺混区燃烧效率对燃烧室效率有一定的影响，对于主要工作状态可提高6﹪以上；高负荷状态的速度场均很相似；随状态负荷的增加，油滴轨迹呈减小趋势。上述结果与试验结果及燃烧室工作特点比较吻合，由此证明了该数值模拟计算的合理性和可行性。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1引言

1.2燃烧室掺混区的研究方法

1.3燃烧室数值模拟的现状和发展

1.3.1国外方面

1.3.2国内方面

1.3.3燃烧室掺混区的数值模拟现状

1.4数值分析在燃烧室掺混区设计中的应用

1.5本论题研究的对象及内容

第2章燃烧室掺混区的基本问题

2.1燃烧室设计对出口温度分布的要求

2.1.1出口温度分布对涡轮的影响

2.1.2评定燃烧室出口温度分布的指标

2.2火焰筒的空气流量分配

2.3掺混区设计的主要问题

2.3.1射流穿透深度

2.3.2火焰筒出口温度场的构成

2.4影响出口温度分布的因素

2.4.1主燃区的影响

2.4.2燃油雾化质量的影响

2.4.3掺混区设计的影响

第3章燃烧室中三维两相燃烧模拟的数学物理基础

3.1气相连续方程和动量方程

3.2能量方程

3.3湍流模型

3.4燃烧模型

3.4.1组分守恒方程

3.4.2湍流扩散火焰模型

3.5燃油雾化燃烧模型

3.6气相控制方程的通用形式

第4章数值计算方法

4.1非正交曲线坐标系下三维两相燃烧流场数值分析

4.1.1非正交曲线坐标系下三维两相燃烧流动基本方程

4.1.2三维曲线坐标系下油珠运动方程及轨迹方程

4.1.3曲线坐标系下两相湍流燃烧基本方程的离散和数值解

4.2用控制容积法建立差分方程

4.3求解离散化方程

4.3.1单个变量代数方程组的解法

4.3.2多变量联立方程组求解方法(SIMPLE算法)

第5章计算结果分析

5.1软件选择

5.2燃烧室模型建立

5.3计算结果

5.3.1地面慢车状态

5.3.2高空小平飞状态

5.3.3地面中间状态

5.3.4最大热负荷状态

5.3.5最大状态

5.4计算结果分析

5.4.1掺混区温度场研究

5.4.2掺混区温度场与出口温度场关系

5.4.3掺混区速度场的研究

5.4.4燃烧效率的估计

5.4.5计算结果与试验值比较

结 论

附录Ⅰ某型燃烧室火焰筒进气截面划分

附录Ⅱ流量分配计算

参考文献

致 谢

攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文