高温强余旋非均匀来流条件模拟方法研究

针对新一代一体化加力燃烧室进口高温强余旋非均匀进气特点,设计了一种可用于模拟一体化加力燃烧室真实进气条件的高温强余旋非均匀进口流场发生装置,该装置能够模拟真实的一体化加力燃烧室进口来流条件。同时开展了耦合进口马赫数、温度和余旋角度的不均匀流场数值模拟研究,评估了非均匀来流生成装置设计、测量方法与评价指标的有效性,并通过试验结果验证了数值模拟的准确性。结果表明:数值计算所得余旋角误差在壁面附近约为±2°,这是由于数值计算低估了壁面的耗散作用,而在中心区域则在优于±2°;同样在马赫数不均匀模拟中,在主流区域误差在10%以内;此外在对于温度不均匀性的模拟中,数值仿真表现出了较大的误差,这是因为数值计算中未考虑壁面向外界的传热过程。综合来看,本文所提出的高温强余旋非均匀生成装置可生成用于模拟下一代一体化加力燃烧室进口所面临的真实复杂不均匀进口流场条件,所采用的数值模拟方法可以较为准确地揭示流场非均匀特性。

高温强余旋非均匀来流生成规律数值研究

对新一代一体化加力燃烧室高温强余旋的进口条件,开展了进口来流生成规律的研究。采用数值计算方法研究了非均匀流场发生装置在不同进口马赫数、余旋角和总温的非均匀流场特性。通过五孔探针的试验测量结果验证了数值模拟的准确性,采用数值模拟方法对流场不均匀指数进行了量化研究。结果表明:随着叶片扭转角度的提高,马赫数不均匀指数逐渐降低;余旋角不均匀指数随着轴向距离和进口马赫数的提高而降低;温度不均匀指数随着马赫数及主流进气温度的升高而升高。此外,发展的拟合公式能够很好地预测关键参数的变化规律,该计算结果可为流场不均匀发生装置的设计和优化提供理论和技术支持。

高温高压下平板预膜喷嘴初次雾化试验

为了深入探究预膜喷嘴燃油初次雾化机理,试验研究了高温高压条件下不同工况参数对平板预膜喷嘴初次雾化特性的影响规律。采用高速摄影可视化技术和马尔文粒度仪获取了预膜平板液膜厚度、液膜波动形态以及索泰尔平均直径(SMD)等雾化特性。利用图像后处理技术提取液膜厚度,试验结果表明:液膜厚度随进气压力、进气温度和进口韦伯数的增加而减小,随燃油流量增加而增加。采用本征正交分解(POD)对液膜波动主要模态时间系数进行快速傅里叶变换,结果表明在相同工况下,液膜波动频率表现出和液膜厚度变化相反的结果。当进气压力改变时,进口韦伯数保持不变,试验结果表明进气压力对最终液滴平均尺寸影响不明显,证实了进口韦伯数是更适合的表征燃油雾化效果的参数,在工况范围内液滴尺寸随着进口韦伯数的增加而减小。