环形燃烧室火焰筒壁面结构优化初探

采用最优化方法 ,从壁面温度、应力和低循环疲劳寿命等方面对火焰筒壁面结构优化进行初步探讨。优化工作分两个层次。首先 ,采用一维方法对火焰筒冷却结构参数、各段的冷却空气量进行优化。其次 ,对壁厚进行二维优化设计 ,壁温和应力计算均采用轴对称有限元素法 ,低循环疲劳寿命预估参照GE公司的方法[1] 。     

双层壁火焰筒二维壁温计算

对具有陶瓷涂层带冲击的双层壁冷却结构的环形燃烧室火焰筒进行了传热分析 ,用有限差分法建立了二维壁温计算的数学模型 ,用区域法建立了燃气全场辐射模型 ,并采用对流 -导热 -辐射耦合迭代计算方法编制了计算机程序 ,通过实例计算了双层壁火焰筒的壁温 ,计算结果表明 :采用燃气全场辐射模型比采用一元径向燃气辐射模型更加合理 ;陶瓷隔热涂层具有明显的隔热效果 ,可以有效地降低金属壁面的温度 ,在高温条件下使用效果更好。     

高温升高热容燃烧室设计技术分析

分析了高温升,高热容燃烧室设计面临的技术挑战,列出开展先进燃烧室部件设计和研制的关键技术和主要研究内容,可供高性能发动机燃烧室部件关键技术预研参考。     

含钾盐的NC/TMETN基钝感双基推进剂火焰结构研究

利用单幅放大摄影法研究了含钾盐消焰剂的NC／TMETN（三羟甲基乙烷三硝酸酯）基钝感推进剂的火焰结构。结果表明，不同的钾盐导致该类推进剂的火焰结构各不相同，含有机钾盐KD的推进剂的火焰结构保持了平台双基推进剂火焰结构的特征，而含K3AlF6的推进剂却有着安全不同的火焰结构。由此可发现K3AlF6使得推进剂平台燃烧效应消失的原因。     

应用光电测试系统研究发动机起动

应用光电测试系统来检测发动机的起动过程,进而可评定发动机的起动品质并进行故障诊断。对自行设计和研制的光电测试系统作了分析,表明该系统能满足发动机起动时测试之要求。应用该系统测出了发动机燃烧室火焰信号的变化曲线,还对该信号进行了分析。应用全套动态参数测试系统,测出了一台单轴小型喷气发动机起动过程的动态曲线,本文只展示了四个参数的变化:发动机转速、燃油流量、涡轮后叶尖温度、燃烧室火焰信号。通过应用该套测试系统,找出了最佳起动方案,对研究发动机起动问题具有实用价值。     

镁合金表面火焰喷涂及激光重熔Al-Si合金涂层的研究

采用火焰喷涂及激光重熔工艺在镁合金基材表面制备了Al-Si合金涂层,考察了涂层激光重熔处理前后的组织及性能。结果表明:激光重熔处理前,涂层组织不够致密,涂层硬度较低;激光重熔后,涂层变得组织致密、均匀,元素扩散剧烈,界面呈冶金结合,涂层硬度可高达270HV。激光重熔处理使涂层和基材表面层都发生熔融,涂层厚度大幅增加。分析表明,激光重熔后涂层的组织非常致密,与其成分所对应的合金具有很窄的凝固温度范围即具有很好的铸造性能有关。研究结果表明采用火焰喷涂及激光重熔工艺在镁合金表面制备高质量Al基厚涂层可行。     

冲击发散冷却流场结构PIV测量

为了研究冲击发散冷却结构的流场特性,设计了一典型冲击发散冷却结构,采用粒子图像测速仪(PIV)对其流场特性进行了研究.研究发现,在冲击板与发散孔板间,气流的流动状态很复杂,在各个方向上均形成大量的涡,且涡的形式和强度均随吹风比的变化而变化.在发散气膜侧,随着吹风比的增大,由发散孔流出的冷却气流会逐渐穿透主流,从而使得冷却气膜层愈来愈不稳定,脱离壁面;而在发散孔出口与主流方向垂直的位置会形成一对旋转方向相反的肾形涡,且涡的位置随吹风比的增大而移向主流区域.      

环形燃烧室冷态流场数值模拟中的数学方法

针对带双级径向旋流器环形燃烧室火焰筒,研究不同紊流模型(standardk-εmodel,RNG(renormalization group)k-εmodel和代数应力模型(algebraic stress model))及算法(SI MPLE(semi-i mplicitmethod for pressure-linked equations),PISO(pressure i mplicit split-operator))对复杂流场求解准确性及效率的影响.火焰筒三维贴体网格采用型线定点与偏微分方程相结合的方式生成,用壁面函数法处理近壁区域流动.计算结果表明,PISO算法提高求解效率;不同紊流模型预测结果均与试验数据符合较好,其中代数应力模型最为准确,更适用于复杂流场的数值预测.      

基于火焰面模型的超声速燃烧混合LES/RANS模拟

为了明晰超燃冲压发动机燃烧室内部燃烧过程的细节,建立了超声速湍流燃烧稳态火焰面亚格子模型,并采用混合LES/RANS方法对氢燃料超燃冲压发动机进行算例验证.控制方程对流项用五阶精度WENO格式离散,时间方向采用二阶Runge-Kutta方法.研究表明:(1)冷流流场中燃料分布与大尺度结构分布相似,说明混合过程受大涡控制;(2)燃烧流场中涡的尺寸明显变大,且仅存在于火焰面上,另外温度分布和主要生成物分布与涡量云图基本相同,说明燃烧过程也由大涡控制;(3)时均计算结果与实验阴影基本符合,速度剖面和温度剖面与实验测量值定性一致,说明本文的数值模拟方法和燃烧模型可以较好地描述和预测超声速流动燃烧过程.     

某折流燃烧室火焰筒壁温试验

在发动机整机上,利用多变色不可逆示温漆测温法对采用全气膜发散冷却结构的某折流燃烧室火焰筒的壁温进行了试验,获得了火焰筒壁面温度分布规律,并将试验结果与流场计算结果进行了对比分析.研究表明:①该折流燃烧室火焰筒壁温分布较均匀,冷却方式合理;②火焰筒壁温梯度较小,最高壁温远低于所选材料的允许工作极限值,预计该火焰筒使用寿命较长.