亚声速燃烧室流场与温度场设计与数值改进研究

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燃烧室作为航空燃气轮机三大重要组件之一，需要合理设计其空气流量分配、进出口流场、内部空气流动组织及温度分布，以达到满足要求的燃烧效率、起动点火和高空再点火、稳定工作范围、总压损失、出口温度分布、排气污染、燃烧不稳定性、耐久性、维护性等重要性能及其参数水平。本文研究的第一部分，详细设计了微型涡喷发动机用离心甩油盘折流环形燃烧室。1．首先进行了气动热力总体参数设计，流场与燃烧温度场一维设计；2．进而通过运用CFD软件FLUENT对其进行了轴对称简化数值模拟和前期优化；3．又进行了全尺寸三维数值模拟，得到了其冷气流量分配、内部流场组织、温度分布、总压损失等重要数值解参数；4．最后进行了全尺寸三维数值优化研究，以此为指导优化离心甩油盘折流环形燃烧室结构，采取热防护措施，为该型燃烧室的生产制造提供了重要参考数据。本文研究的第二部分，参与了我学院自然基金申请项目“预燃/流向涡掺混超声速组合燃烧室的稳焰与扩大燃区实验研究”的前期研究。1．首先总结分析了已有的一维总体设计，三维NUMECA冷态数值模拟和热态实验的成果；2．然后运用FLUENT对组合燃烧室进行了全尺寸三维亚燃热态数值模拟，以期解决在实验中超声速燃烧冲压发动机的亚声速火炬火焰的火焰不稳定题目；3．在热态数值模拟和本组的实验中，发现了原始亚燃室二波系进气道的缺陷，因此重新设计了一个三波系进气道，随后以模拟燃烧室压强的模拟热态数值方法，验证了进气道不启动题目的成功改进，并获得了实验的验证；4．对于新的有较大结构改进的亚燃室，又进行了全尺寸三维亚燃超燃热态数值模拟，分析了改进后的双燃烧室结构在流向涡掺混等方面的表现，最后与实验数据进行了对比，趋势一致性良好。该计算辅助了改进设计，在实验中实现了亚燃室的火焰稳定。研究表明，对不易实测的各种亚声速微型燃烧室，采用数值模拟技术可以较好地揭示其性能和特点，对预测燃烧室的性能以及采取热防护措施等，具有重要的指导价值。本文中，甩油盘数值模拟，和燃烧室燃烧流动联同涡轮静子叶片内冷通道流动共同模拟的算例，尚未在文献中发现。

亚声速燃烧室流场与温度场设计与数值改进研究

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