基于斜凸槽结构的火焰筒冷却特性优化研究

改善航空发动机燃烧室冷却效果对提高火焰筒可靠性具有重要意义。本研究以航空发动机环形燃烧室为对象,综合考虑燃烧室气体旋流特性、火焰筒压力损失、复杂湍流流场,构建高精度气热湍流燃烧模型。分析燃烧室火焰筒的内部流场与壁面温度场,并评估火焰筒燃烧性能与冷却特性。提出了一种新型圆柱孔-斜凸槽气膜组合孔冷却结构,对比了该结构与圆柱形气膜孔和横槽气膜孔在壁面温度、射流规律、孔出口温度分布和冷却效率方面的差异。研究结果表明：火焰筒内外壁面均出现不同程度的高温区与较大的温度梯度可能易造成部件失效;斜凸槽的冷却效果较圆柱孔和横槽有显著提高,二次流在流出斜凸槽后能更好地覆盖内壁面形成气膜保护,在不影响燃烧反应的前提下,冷却优化后的火焰筒各壁面的平均温度均有降低,最大降低幅度为339.36 K,最小降低幅度为105.28 K;槽深为0.5 mm斜凸槽孔出口的冷却射流具有适量的纵向动能,槽深为0.25 mm和0.75 mm的斜凸槽分别对冷却射流的干涉过小和过大,得出槽深为0.5 mm的斜凸槽冷却效果最佳;在轴向67 mm位置,斜凸槽结构的冷却效率为0.384,优于圆柱孔的0.156和横向槽的0.201。