基于双旋流全环燃烧室的出口温度分布试验研究

以双旋流全环燃烧室为试验对象,分别在高温高压、高温中压和发动机整机条件下开展试验研究。分别设计了带有环腔引气和模拟型喷嘴等模拟发动机边界条件的试验方案,并分析不同试验条件下的出口温度分布规律。试验结果表明:中、高压试验条件下的出口温度分布规律基本一致,热点区域基本一致;中压试验周向出口温度分布水平明显优于高压试验;高压试验温度分布曲线呈中心波峰形式,而中压试验中心波峰形式不明显。设计的高压试验出口温度分布规律和数值更接近发动机整机测试结果,设计的中压试验出口温度分布数值与高压试验相比存在一个比例系数,系数为1.3～1.4。      

矩形燃烧室试件中双旋流空气雾化喷嘴燃油分布实验研究

对装有 3个双旋流气动雾化喷嘴的矩形燃烧室试件 ,在头部流场测出的情况下 ,用燃气分析技术对燃油分布进行实验研究。实验结果表明 ,在回流区以及两个喷嘴之间的区域局部油气比很高但燃油质量流量低 ;而在主流区内的局部油气比接近恰当比但燃油质量流量高。这个结果对进一步研制该型发动机的主燃室有参考意义     

旋流空气对双油路离心喷嘴雾化特性影响的实验

采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对带空气旋流器的双油路离心喷嘴的雾化特性进行了实验研究,供油压力的工作范围在0.3~2.1MPa,采用轴向逆流器,旋流器叶片出口角为79°,旋流器前后空气压降在0.03~0.15MPa,实验得到了索太尔平均直径(SMD)与喷雾锥角随供油压力与风速的变化规律.结果表明:在相同供油压力下,旋流器通入空气后,喷雾锥角值较未通入旋流空气时将增大15°~20°,索太尔平均直径比未通入旋流空气时减小40%.      

双旋流燃烧室单头部油雾特性实验

为了获得双旋流燃烧室油雾特性,采用粒子图像测速仪（PIV）对其单头部油雾场进行测量.通过实验,获得了不同燃油流量分配、不同预燃级喷嘴位置对油雾特性的影响.在实验设计工况下所得结果表明:①直径约为80μm处的油珠体积分数最大,其他粒径的油珠体积分数都较小;②随着燃油流量增加,单开预燃级喷嘴时燃油雾化变差,单开主燃级喷嘴时雾化质量相差不大;③预燃级喷嘴位于旋流器出口处有助于改善燃油的雾化质量;④同时打开主燃级和预燃级喷嘴时,保持油气比不变,随着主燃级供油流量增加,雾化质量得到改善.      

双旋流模型燃烧室的燃烧特性

同轴双旋流进气能建立起有利于燃烧的流场,文献[1]的结果表明,同轴的内外两股旋流反向旋转时,边界层内的紊流强度和雷诺应力很高,对强化混合和燃烧有利。据文献[2]报导,用这种双旋流改装了JT-8D火焰筒,取消了火焰筒上的主燃孔与掺混孔,试验实测的慢车状态燃烧效率高达99%。表明这种燃烧室方案在燃气轮机和工业燃烧装置中有着广阔的应用前景。本文重点研究两个径向式叶片旋流器在同轴反向旋转条件下的燃烧特性,包括燃烧效率、熄火边界和出口温度场等。      

反应机理对燃烧室出口温度分布仿真结果的影响

为考察不同反应机理对航空发动机燃烧室出口温度分布数值模拟的影响,基于小火焰模型,采用6种不同的航空煤油化学反应机理,对航空发动机燃烧室的三维两相燃烧流场进行了数值模拟。比较了各机理所预测的出口温度场和燃烧效率结果的异同,并结合试验数据进行分析,考察了各机理模拟燃烧室出口温度分布及效率的准确性。结果表明:23步反应机理和30步反应机理预测的出口温度分布及燃烧效率有较高的可信度,单步、2步、11步反应机理预测结果则与试验结果相差较大;H-O反应在反应机理中的作用非常关键,只考虑NO而不考虑其他NOx生成对模拟结果影响很小。     

旋流杯空气雾化喷嘴套筒出口形状对小型燃烧室点火性能的影响

对平滑和扩张套筒出口形状的旋流杯空气雾化喷嘴燃烧室点火性能进行了研究.这两种旋流杯空气雾化喷嘴中,涡流器是两个旋向相反的径向叶片涡流器,喷嘴为单油路离心喷嘴.采用单头部扇形燃烧室,在燃烧室进口为常温常压空气,燃烧室压力降为0.1%~4.0%的条件下,研究了这两种设计的空气雾化喷嘴燃烧室的点火性能.研究发现,扩张套筒出口形状旋流杯燃烧室点火性能大大优于平滑出口套筒形状的点火性能,其原因是套筒出口形状影响了下游的流场和液雾散布,从而导致了点火性能的差异.      

环形燃烧室出口温度分布系数的研究

由于用扇形段调试燃烧室省气、经济,因此寻找扇形段与全环的出口温度分布系数之间的定量关系,显然具有实际意义。本文对扇形段和全环的出口温度分布系数进行了直观统计,通过拟合计算求得可用扇形段温度分布系数计算全环温度分布系数的经验公式,可用于环形燃烧室温度场调试的工程估算。     

旋流器套筒扩张角对燃烧室出口温度分布的影响

为研究旋流器套筒扩张角变化对燃烧室出口温度分布的影响,针对配装套筒扩张角分别为90°、80°、70°和60°共4种方案双级旋流器的全环回流燃烧室开展了出口温度分布试验,并结合三头部模型燃烧室粒子成像测速仪流场试验结果对其影响原因进行了分析。结果表明:随着套筒扩张角由90°减小为60°,出口周向温度分布均匀性变差,出口温度分布系数（OTDF）由0.198上升到0.334。套筒扩张角变化对出口径向温度分布曲线的影响较小,出口径向温度分布系数（RTDF）在0.077左右。在试验范围内,燃烧室出口温度分布品质随套筒扩张角的减小而恶化。      

进口流场畸变对回流燃烧室出口温度分布的影响

为研究回流燃烧室进口气流流场畸变对出口温度分布的影响,根据压气机出口速度分布对径向和周向畸变速度分布模拟器分别进行了设计,利用数值模拟方法验证了速度分布畸变符合设计要求,并且在三头部矩形回流模型燃烧室上进行出口温度分布试验验证.试验结果表明,进口气流径向畸变和周向畸变都会使出口温度分布不均匀,出口温度分布系数(OTDF)显著提高,且周向畸变时的影响更明显.从温度分布云图及平均径向温度分布系数(RTDF)曲线图可以看出,径向畸变和周向畸变均会使燃烧室出口截面上部产生锯齿状的温度波动并呈现周期性的变化趋势,更加不均匀.      

涡轮级间双涡燃烧室的出口温度分布试验

在单涡燃烧室研究的基础上,对双涡燃烧室进行出口温度分布试验研究,得到了影响出口温度分布系数(OTDF)的因素如下:①随着主流马赫数的增加,出口温度分布系数减小;②主流温度对出口温度分布影响较大,出口温度分布系数随主流温度的增加而减小;③随着余气系数的增大,出口温度分布系数都有先增大后趋于平缓或减小的过程;④不同的凹腔结构对出口温度分布系数的影响很大,综合各个试验件结果,深宽比为0.8,后体进气方式为开槽进气的双1试验件的出口温度分布系数最小.      

三旋流燃烧室喷嘴雾化性能试验研究

为了获得三旋流燃烧室喷嘴雾化性能与喷嘴几何尺寸的相互关系,针对供油压力以及旋流槽长宽比和旋流槽角度等关键结构参数对燃油流量、喷雾锥角和雾化性能的影响进行了试验研究。采用3 维相位多普勒粒子分析仪测量了某一直线上各点的索太尔平均直径和数密度分布,以及Rosin-Rammler 分布的特征直径和均匀度指数。结果表明：当供油压力提高时,燃油流量和喷雾锥角增大;旋流槽几何尺寸的变化对燃油流量和喷雾锥角有不同的影响,当旋流槽长宽比和旋流槽角度增大时,燃油流量减小,喷雾锥角增大。研究所获得的规律为三旋流高温升燃烧室的喷嘴优化设计提供了重要的理论依据。     

空气分配对双旋流燃烧室性能影响的试验研究

为了研究燃气轮机燃烧室主燃区和掺混区空气分配比例对燃烧室性能的影响,在双旋流环形燃烧室上进行全温全压燃烧试验研究。结果表明,随运行工况的提高,燃烧室出口温度分布系数OTDF呈现总体降低的变化趋势,出口径向温度分布系数RTDF呈现先显著降低、后缓慢升高并最终平稳的变化趋势,总压恢复系数略有增加;随着主燃区空气比例的增加,OTDF呈现先增加再降低再增加的变化趋势,并在主燃区空气比例为0.343时达到最小值;随掺混区空气比例的增加,燃烧室RTDF持续降低;主燃区和掺混区的进气比例对燃烧室的总压恢复系数几乎没有影响。     

高温升三旋流燃烧室与双旋流燃烧室的性能对比

采用参数化建模的方法,保持扩压器尺寸、外机匣最大直径以及燃烧室出口尺寸与单环腔燃烧室(SAC)一致,将燃烧室头部旋流器从双旋流结构设计为三旋流结构,采用三维数值模拟的方法对双旋流燃烧室(DSC)和三旋流燃烧室(TSC)的流动和燃烧过程进行数值模拟.对比研究了两种燃烧室在高温升条件下的性能.结果表明:传统的DSC已不能满足油气比为0.037的高温升燃烧室的燃烧效率等性能需求,TSC可获得比DSC更高的总压恢复系数、燃烧效率以及温升,更低的出口温度分布系数(OTDF)和径向出口温度分布系数(RTDF);在油气比为0.037情况下,设计的高温升TSC总压降在5%以内;OTDF为0.162,RTDF为0.106;燃烧效率大于99%.      

三元旋流燃烧室温度场的实验研究

一、实验装置 实验用模型燃烧室是轴对称带旋流器和一排主燃孔的燃烧室(图1),不带冷却孔和掺混乱,这种简化燃烧室流场仅受一次进气与二次进气的影响,其中旋流器沿用一种航机的,叶片数为12,扭角为42度,火焰筒壁上均匀分布六个二次进气孔。      

三旋流器燃烧室出口温度分布的初步试验研究

针对高温升燃烧室对出口温度分布系数降低的需求, 采用三头部矩形燃烧室, 对三种不同的三旋流器头部组合方案进行了出口温度分布的试验, 重点研究了三旋流器旋向和头部当量比对燃烧室出口温度分布的影响.出口温度的测试方法采用了燃气分析法.试验结果表明外旋流器与中间旋流器旋向相反时, 出口温度分布均匀;头部当量比小, 出口温度分布均匀.头部当量比应与旋流器旋向共同考虑, 才能优化燃烧室出口温度分布系数.      

主燃级基于旋流直射式喷嘴的超低排放燃烧室实验研究

为了实现航空发动机超低NO_x超低排放的目标,本文提出贫油预混预蒸发低排放燃烧室主燃级采用旋流直射式喷嘴技术,达到主燃级燃油和空气强化混合的效果,获得良好均匀性的油气混合物进行燃烧。在单头部燃烧室试验件上实验研究了LTO循环4个工况(慢车、进场、爬升和起飞)的燃烧性能和污染排放性能。研究结果表明：除慢车工况的燃烧效率接近0.99外,其余工况的燃烧效率均大于0.995;在LTO循环内,CO,UHC和NO_x排放均比CAEP/6排放标准降低50%以上,且NO_x比CAEP/6低72.5%,达到了超低排放的目标;同时与其他各型低排放燃烧室相比,起飞工况、爬升工况的NO_x排放在LTO循环中的占比均有较大幅度的降低。     

环形燃烧室出口径向温度分布系数预估

分析了影响环形燃烧室出口径向温度分布系数的主要因素,建立了预估模型,发展了半经验半分析计算方法,预估值和试验结果相吻合。应用于燃烧室技术设计阶段,一方面可由壁面冷却系统设计的冷却空气量预估出口径向温度分布系数;另一方面可从满足径向温度分布系数的角度确定壁面冷却空气量。     

燃烧室出口径向温度分布试验及分析模型

在二元试验燃烧室上,研究了四种掺混孔设计方案对燃烧室出口径向温度分布影响。结果表明,不同掺混孔设计方案对出口径向温度分布的影响有规律可循。本文建立了半经验半分析模型,能够由第一次试验得到的出口温度分布,推算修改后出口径向温度分布曲线的变化。模型计算结果和试验结果吻合。