中心分级贫油直喷燃烧室冷态流场特性

为了研究中心分级贫油直喷燃烧室冷态流场特性及头部结构参数对中心回流区的影响,采用数值模拟方法对不同结构参数下的冷态流场开展对比研究,并对基准方案进行了试验验证。结果表明:副模收敛角度以及喷嘴轴向位置对回流区影响较小,副模旋流叶片角度以及主副模头部径向间距对回流区影响较大。随着副模旋流叶片角度增大,副模出口旋流加强,引起出口气流张角增大,使得中心回流区体积扩大;随着主副模头部径向间距增加,削弱了主副模出口气流在切向方向上的相互影响,主模出口气流得以充分发展,中心回流区体积扩大。

贫油直喷燃烧室燃烧稳定性的数值研究

贫油燃烧过程中很容易产生振荡燃烧现象,而振荡燃烧则会进一步影响燃烧室中氮氧化物(nitrogen oxides,NOx)的生成与排放。为了研究振荡燃烧的触发机制及其对NOx生成与排放的影响,利用FLUENT中的离散相模型、非预混燃烧模型和混合分数/PDF平衡化学反应模型,对贫油直喷燃烧室内的航空煤油/空气非预混燃烧进行了大涡数值模拟,亚网格模型采用WALE模型。将计算与实验值进行比较发现:在喷嘴附近区域,数值结果与预测结果略有差异,在其他区域,数值计算的各个物理参量值都与实验值非常吻合。通过改变入口空气流速,触发了振荡燃烧,其主频为560和1200Hz。对燃烧稳定性的模拟表明,可以通过调整燃烧室的入口条件来激励或者抑制振荡燃烧现象的出现。在此基础上分别计算了稳定燃烧和不稳定燃烧时的NOx排放,结果表明振荡燃烧现象的出现明显改变了NOx的生成与排放。

多点贫油直喷燃烧室流动特性的数值研究

采用雷诺应力模型(RSTM)对于两种多漩流器阵列结构的非反应流场进行了数值研究。在两种结构中一种为同旋向漩流器阵列,另一种为反旋向漩流器阵列,每种结构均按3×3阵列排布。计算结果表明,两种结构产生的流场十分复杂,同旋向漩流器结构中九个漩流器产生的回流区迅速变形衰减,在远离漩流器阵列的下游,形成了一个大的总体漩流;而在反旋向漩流器中各回流区维持了较长的长度。两种结构流场中存在的多个回流区及强湍流表明燃烧室有潜力实现良好的燃烧性能。通过将RSTM计算结果与激光多普勒测速仪(LDV)测量值进行比较发现,RSTM准确描述了绝大部分流动特性,较好地求解了回流区和高速度梯度问题。

贫油直喷燃烧室回火的数值研究

针对燃烧稳定性中的回火问题,对贫油直喷燃烧室的回火特性进行了研究。燃烧中的回火指的是火焰从燃烧室传入到了预混区中的这样一种现象,它包含了声波、湍流、燃烧之间的复杂的相互作用,是燃烧研究中的关键问题之一。利用Fluent中的混合分数/PDF平衡化学反应模型对贫油直喷燃烧室进行了大涡模拟,分别计算了冷态和热态下的流场,捕捉了贫油直喷燃烧室内回火的动态过程,其中亚格子模型采用WALE模型,燃油射流采用离散相模型。研究结果表明,大涡模拟能够较好地反映流场分布情况,贫油直喷燃烧室内存在中心回流区,模拟结果与实验结果吻合较好;贫油直喷燃烧室中的回火发生在中心流区域,回火时,中心回流区向上游移动,这促使了火焰的向上游传播,并最终导致了回火的发生。

旋流器以及火焰筒结构对贫油直喷燃烧室的燃烧性能影响

基于对优化使用贫油直喷(LDI)燃烧室的航空发动机提高燃烧效率、降低有害排放的需求,本文通过燃烧试验研究探讨了火焰筒出口尺寸可改变的单元贫油直喷燃烧室,在使用不同结构的旋流器时的燃烧性能(旋流叶片安装角为55?)。试验中分别测试了使用单级轴向旋流器,同向双级轴向旋流器以及反向双级轴向旋流器的单元LDI燃烧室的燃烧性能。并且在每次燃烧试验中,测试了火焰筒出口面积从100%逐步缩小至25%对燃烧效果的影响。基于对燃烧效果的分析,探讨了旋流器结构以及火焰筒结构对燃料与空气混合速率以及效果、生成火焰形状和稳定性以及燃烧效率的影响。

几何结构对贫油直喷燃烧室流场特性影响的研究

基于现有单点贫油直喷燃烧室,采用数值模拟方法研究了头部几何角度对燃烧室流场特性的影响。分别对比了冷态与燃烧态条件下不同头部几何角对燃烧室轴向速度分布、燃烧效率、总压损失等特性的影响。研究表明:在所研究的几何角度范围内,冷态下头部几何角度对回流区的长度影响很小,对回流区内轴向速度分布具有较大影响。燃烧态下随着头部几何角度的增加,回流区轴向尺寸逐渐增加,中轴线上轴向速度值逐渐降低。燃烧室的出口平均温度、燃烧效率、总压恢复系数基本保持不变,60°结构产生的NO_x生成量最低,30°结构产生的NO_x生成量最高。

多旋流器阵列贫油直喷燃烧室流场的数值模拟

采用雷诺应力模型(RSM)对于同旋向多旋流器阵列贫油直喷(LDI)燃烧室流场进行了数值模拟.计算结果表明,9个旋流器产生的回流区迅速变形衰减,在远离旋流器阵列的下游,形成了一个大的总体旋流.流场中存在的多个回流区及强湍流表明该燃烧室有潜力实现良好的燃烧性能.通过将RSM的模拟结果与激光多普勒测速仪(LDV)测量值进行比较发现,RSM准确描述了绝大部分流动特性,较好地求解了回流区和高速度梯度问题.

反旋向多漩流器阵列燃烧室流场的数值研究

采用雷诺应力模型(RSTM)对于反旋向多漩流器阵列贫油直喷(LDI)燃烧室的非反应冷态流场进行了数值模拟。研究中采用了一种3×3的漩流器阵列结构,相邻漩流器的旋向交替变化。计算结果表明,所研究的燃烧室流场结构十分复杂。由于相邻漩流器之间对于漩流的强化作用,因而各回流区维持了较长的长度。流场中存在的多个回流区及强湍流表明该燃烧室有潜力实现良好的燃烧性能。通过将雷诺应力模型的模拟结果与LDV实验数据进行比较发现,计算结果与实验值符合良好,说明雷诺应力模型较好地求解了回流区和高速度梯度问题。