掺混射流对燃烧室出口温度分布影响研究

论文摘要

燃烧室出口温度分布是影响航空发动机涡轮部件安全可靠工作的关键因素之一,随着高性能军用燃气涡轮发动机技术的发展,出于对发动机全生命周期经济可承受性的考虑,为保证涡轮部件的可靠工作,提高涡轮部件的工作寿命,除采用新型耐高温材料及先进的冷却设计技术外,通过调整燃烧室出口温度分布,改善涡轮部件的工作环境,也是设计者广泛关注的重要问题。燃烧室掺混段射流的主要功能是调整燃烧室出口温度分布,但对于高性能的发动机,燃烧室进、出口温度大幅攀升,要求进入燃烧室的大部分空气参加燃烧,使得用于出口温度分布调节的掺混空气量显著减少,从而形成燃烧室设计在较少的掺混空气量下需满足涡轮部件对燃烧室出口温度场分布要求的技术难点。由于高性能航空发动机需要在较少掺混射流空气的条件下获得涡轮部件提出的更为严格和苛刻的燃烧室出口温度分布品质,需要对掺混射流的分配和设计进行优化设计。国、内外相关研究表明,掺混射流对下游的混合温度分布是有规律可循的。本文针对燃烧室掺混射流特性对出口温度分布的影响进行了研究;通过总结国内、外对该问题的研究结果,完善了现有的出口温度分布预估程序,并利用该程序对多种掺混射流方案条件下的燃烧室出口温度分布进行了分析预估,并进行了相关的三维数值模拟和试验调试;通过计算分析和试验结果,总结了燃烧室掺混射流对出口温度分布的影响规律,为高性能发动机燃烧室掺混射流设计提供了技术支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 燃烧室出口温度分布计算分析方法改进
• 2.1 计算方法改进内容
• 2.2 计算模型及基本假设
• 2.2.1 计算分析模型
• 2.2.2 基本假设
• 2.3 计算流程
• 2.4 主要计算方法
• 2.4.1 掺混射流混合特性计算
• 2.4.2 单侧单排直通道圆截面射流
• 2.4.3 双侧单排直通道圆截面射流
• 2.4.4 掺混射流混合特性修正
• 2.5 掺混射流与主流混合温度分布
• 2.6 本章小结
• 第三章 掺混射流对出口温度分布影响计算分析
• 3.1 矩形试验件燃烧室出口温度分布计算分析
• 3.1.1 掺混射流方案及计算状态
• 3.1.2 计算预处理
• 3.1.3 计算结果分析
• 3.1.3.1 主燃区出口温度分布确定
• 3.1.3.2 其余掺混射流方案条件下燃烧室出口温度分布的变化
• 3.2 环形燃烧室出口温度分布计算分析
• 3.2.1 掺混射流方案及计算状态
• 3.2.2 计算结果分析
• 3.2.2.1 主燃区出口温度分布确定
• 3.2.2.2 各方案燃烧室出口温度分布计算结果
• 3.3 环形燃烧室出口温度分布三维数值模拟分析
• 3.3.1 计算方法
• 3.3.1.1 实体模型与网格划分
• 3.3.1.2 计算模型和边界条件
• 3.3.2 计算结果与分析
• 3.3.2.1 计算方法的可行性分析
• 3.3.2.2 计算结果及分析
• 3.4 两种计算方法计算结果比较
• 3.5 本章小结
• 第四章燃烧室出口温度分布试验验证
• 4.1 试验系统
• 4.2 试验研究方案
• 4.2.1 矩形试验件试验方案
• 4.2.2 环形试验件试验方案
• 4.3 数据处理
• 4.4 试验结果
• 4.4.1 模型试验件试验结果及分析
• 4.4.2 环形燃烧室试验结果及分析
• 4.5 试验结果与计算分析结果比较
• 4.5.1 矩形试验件试验结果及计算分析结果比较
• 4.5.2 环形燃烧室试验结果及计算分析结果比较
• 4.6 本章小结
• 第五章结论与展望
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 前景与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间取得的研究成果