預(yù)燃級(jí)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)分層部分預(yù)混高溫升燃燒室點(diǎn)熄火特性的影響研究

1、預(yù)燃級(jí)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)分層局部預(yù)混高溫升燃燒室點(diǎn)熄火特性的影 響研究 為了提高未來軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的氣動(dòng)性能以滿足其更高推重比的需求 , 作為 核心部件之一的燃燒室就需要進(jìn)一步提升其溫升水平 , 而高溫升對(duì)應(yīng)著高油氣比 這意味著高溫升燃燒室需要在更寬廣的油氣比范圍內(nèi)工作 , 如何解決大狀態(tài)下可 見排氣冒煙與慢車貧油熄火之間的矛盾將是高溫升燃燒室研發(fā)中所面臨的首要 問題。分層局部預(yù)混燃燒技術(shù)在解決該問題上具有巨大優(yōu)勢(shì) , 它借鑒了低污染燃 燒室的設(shè)計(jì)理念 ,中心預(yù)燃級(jí)采用擴(kuò)散燃燒方式 , 主燃級(jí)采用局部預(yù)混燃燒方式 , 既保證了局部富油 ,又加強(qiáng)了大狀態(tài)下油氣摻混 , 在改善貧油熄火性能的同時(shí)又 防止了

2、大狀態(tài)排氣冒煙問題。但對(duì)于分層局部預(yù)混高溫升燃燒室 , 由于主燃級(jí)氣量以及油量所占比重較預(yù) 燃級(jí)大, 導(dǎo)致人們一直將目光聚焦于主燃級(jí)的油氣混合 , 而無視了預(yù)燃級(jí)的影響 , 因此有必要對(duì)預(yù)燃級(jí)進(jìn)行系統(tǒng)化研究 , 總結(jié)預(yù)燃級(jí)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)點(diǎn)熄火和發(fā)動(dòng)機(jī)大 推力狀態(tài)下燃燒室性能的影響規(guī)律。 本文以已有的分層局部預(yù)混高溫升燃燒室頭 部旋流器為對(duì)象 ,針對(duì)預(yù)燃級(jí)內(nèi)外級(jí)氣量比、 預(yù)燃級(jí)內(nèi)級(jí)角度、預(yù)燃級(jí)外級(jí)角度、 預(yù)燃級(jí)出口套筒擴(kuò)張角四個(gè)參數(shù)開展了數(shù)值和試驗(yàn)研究。首先通過Fuel-PLIF和PIV光學(xué)測(cè)量手段得到預(yù)燃級(jí)燃油分布和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)， 并提出了綜合旋流數(shù)CSn的概念,在此根底上，對(duì)不同參數(shù)的影響作用進(jìn)行了

3、研 究。隨后通過試驗(yàn)考察了不同方案的點(diǎn)熄火特性 , 并結(jié)合燃油分布和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)試 驗(yàn)結(jié)果深入分析了不同參數(shù)對(duì)點(diǎn)熄火性能的影響規(guī)律。最后采用數(shù)值模擬的方法研究了不同預(yù)燃級(jí)參數(shù)對(duì)燃燒室壓力損失、 燃燒效 率、燃燒室出口溫度分布系數(shù)和徑向溫度分布系數(shù)的影響規(guī)律。 得出的主要結(jié)論如下燃油分布和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)說明 : 預(yù)燃級(jí)外級(jí)旋流角度在一定范圍內(nèi)變化不會(huì) 影響流場(chǎng)結(jié)構(gòu) , 當(dāng)旋流角度減小到某個(gè)閾值以下 , 預(yù)燃級(jí)出口軸向會(huì)產(chǎn)生高速正 向射流,破壞中心回流區(qū)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于燃油分布 , 預(yù)燃級(jí)外級(jí)旋流角度的增加 ,會(huì) 使得預(yù)燃級(jí)出口燃油分布的錐角逐漸增大 , 壁面附近燃油濃度也逐漸增加。預(yù)燃級(jí)內(nèi)外旋向?qū)α鲌?chǎng)結(jié)構(gòu)

4、幾乎不存在影響 ,但是就燃油分布而言 , 同旋方 案預(yù)燃級(jí)出口燃油分布呈空心錐狀 , 中心區(qū)域燃油濃度極低 ,而反旋方案呈實(shí)心 錐狀, 錐狀中心區(qū)域的燃油濃度那么相對(duì)較高。 預(yù)燃級(jí)內(nèi)級(jí)旋流角度的增加 , 會(huì)導(dǎo)致 中心回流區(qū)尺寸和出口燃油分布錐角的減小。預(yù)燃級(jí)內(nèi)級(jí)氣量比例在一定范圍內(nèi)增大不會(huì)影響流場(chǎng)結(jié)構(gòu) , 增大到一定程度 時(shí),會(huì)導(dǎo)致預(yù)燃級(jí)出口處回流消失 , 中心回流區(qū)向下游遷移。而對(duì)于燃油分布 ,內(nèi) 級(jí)氣量的增大 , 會(huì)使霧錐中心區(qū)域燃油聚集區(qū)的燃油濃度增大和軸向尺寸的增加。預(yù)燃級(jí)出口擴(kuò)張角的減小會(huì)導(dǎo)致臺(tái)階回流區(qū)的形成 , 對(duì)流場(chǎng)整體結(jié)構(gòu)沒有明 顯影響。此外 , 預(yù)燃級(jí)出口擴(kuò)張角越大 , 預(yù)燃

5、級(jí)出口燃油分布錐角越大。點(diǎn)熄火特性試驗(yàn)說明 :預(yù)燃級(jí)外級(jí)旋流角度越大 ,點(diǎn)火性能越好 ; 外級(jí)旋流角 度小幅改變對(duì)熄火性能影響不大 , 但是大幅減小預(yù)燃級(jí)外級(jí)旋流角度會(huì)導(dǎo)致熄火 性能的顯著惡化 ,尤其是在低火焰筒進(jìn)出口壓降時(shí) , 惡化程度更加明顯。 預(yù)燃級(jí)內(nèi) 外反旋的點(diǎn)熄火性能均優(yōu)于同旋的點(diǎn)熄火性能 ,這是由于相比與同旋 , 反旋內(nèi)外 氣流剪切作用較強(qiáng) , 更有利于預(yù)膜噴嘴出口液膜的霧化。預(yù)燃級(jí)內(nèi)級(jí)旋流角度的增大 , 會(huì)導(dǎo)致回流區(qū)尺寸的減小 , 不利于點(diǎn)火時(shí)核心 火團(tuán)的傳播以及熄火時(shí)火焰的穩(wěn)定 , 最終導(dǎo)致點(diǎn)熄火性能的惡化。在較低的火焰 筒進(jìn)出口相對(duì)壓降的條件下 , 預(yù)燃級(jí)內(nèi)級(jí)氣量比例的而增大

6、有助于點(diǎn)熄火性能的 提升, 但是當(dāng)在進(jìn)出口火焰筒進(jìn)出口相對(duì)壓降較高時(shí) ,過大的內(nèi)級(jí)氣量比例會(huì)導(dǎo) 致中心回流區(qū)向下游遷移 ,使得火焰難以穩(wěn)定 , 導(dǎo)致點(diǎn)熄火性能的惡化。預(yù)燃級(jí)出口擴(kuò)張角對(duì)點(diǎn)熄火性能幾乎沒有影響 , 但是擴(kuò)張角的減小有助于臺(tái) 階回流區(qū)的生成 , 從而防止臺(tái)階外表積碳。預(yù)燃級(jí)內(nèi)級(jí)氣量分配比例的降低有助 于降低出口 OTDF與RTDF進(jìn)而改善燃燒室出口溫度分布，但是會(huì)增加燃燒室進(jìn) 出口壓力損失 ,就燃燒效率而言 ,2/8 的氣量分配比例下最高 ,其他兩種方案下燃 燒效率都會(huì)偏低。增大預(yù)燃級(jí)外級(jí)旋流角度有助于增加燃燒效率 , 改善燃燒室出口溫度分布 , 就總壓損失而言 ,+25°時(shí)最低,其他兩種角度下總壓損失都偏高。預(yù)燃級(jí)內(nèi)級(jí)角 度的增加和預(yù)燃級(jí)內(nèi)外同旋布置都有助于燃燒室的總壓損失的減小 , 但是都會(huì)導(dǎo) 致燃燒室出口溫度質(zhì)量下降,尤其使得OT