新型火焰稳定器设计与研究

1144766066 · 发表于 2022-5-14 17:17:36

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雅宝题库解析：
涡轮风扇发动机中，传统加力燃烧室给发动机带来了很大的附加重量和非加力状态流动损失，这两个方面是制约未来涡扇发动机达到更高推重比的重要因素。为了有效弥补上述不足，提出了一种新型一体化加力燃烧室设计方案。本文在该方案的基础上进一步提出了新型火焰稳定方案。该方案取消了传统加力燃烧室的径向、周向钝体火焰稳定器，并将涡轮后框架支板改造成为加力燃烧室稳焰部件，利用凹腔驻涡稳焰原理和突扩技术，形成带凹腔支板的火焰稳定方案，初步验证其点火性能并得到试验数据为数值计算提供支持，进一步数值模拟研究其热态流场特性及燃烧性能。本文采用常压自燃点火方式，在改造后的二元加力燃烧试验台上进行了火焰稳定器试验件的点火试验，得到了工况为来流马赫数0.2，油气比0.007，来流温度在750℃~900℃的范围内的试验数据，为进一步数值计算提供数据支持。本文对带凹腔支板模型燃烧室热态流场进行三维定常数值模拟，采用雷诺平均方法求解其气液两相湍流燃烧过程。定常计算的湍流模型为RNG k-ε模型，燃烧模型采用稳态层流小火焰模型，离散相模型采用颗粒随机轨道模型，空间离散采用二阶迎风格式，压力和速度耦合采用SIMPLE算法。对不同来流温度下的支板试验件模型进行数值模拟，并与试验数据进行了对比显示本文所介绍的计算方法能够在一定精度和准确度范围内反映出可信的流场信息。数值计算结果表明：初步验证带凹腔支板的自燃点火方式是可行的；凹腔和尾缘突扩相结合，有利于在流场内能够形成持续稳定的点火源并达到稳焰的目的；总压恢复系数和燃烧效率随着进口马赫数的升高而降低，随进口温度增大而增加；热态流场中凹腔结构参数对总压恢复系数的影响不明显；燃烧效率随凹腔结构尺寸的变化都存在最大值，当凹腔深宽比和凹腔尺度比例适中，凹腔倾度大，位置靠近支板中部时，燃烧效率较高。

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