基于駐渦穩(wěn)定的航空發(fā)動機無焰燃燒技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的低污染燃燒技術(shù)已無法滿足航空發(fā)動機CAEP6污染物排放標準,因此需要發(fā)展新的低污染燃燒技術(shù)?；隈v渦穩(wěn)定的無焰燃燒技術(shù)污染物排放低,并且能在低工況下穩(wěn)定燃燒,改善駐渦燃燒出口溫度分布,在航空發(fā)動機上具有廣闊應用前景。
　　 本文將數(shù)值模擬與實驗相結(jié)合,優(yōu)化了燃燒室的結(jié)構(gòu)與運行參數(shù),研究了火焰形態(tài)、總壓損失、燃燒效率以及污染物排放等特性隨著燃燒室進口條件和燃料分配比例變化的規(guī)律,總結(jié)了形成無焰燃燒狀態(tài)的條件,證明了該技術(shù)的可

2、行性。首先,通過三維CFD模擬對設計的基于駐渦穩(wěn)定的無焰燃燒模型燃燒室進行了優(yōu)化,并初步分析了燃燒室性能以及達到無焰燃燒的可能性。模擬結(jié)果表明凹腔內(nèi)噴入燃油燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣與來自主燃區(qū)的空氣燃油混合物摻混良好是在凹腔下游形成無焰燃燒的關(guān)鍵。在中心體增加次凹腔后燃燒室出口OTDF達到0.131,RTDF達到0.08,性能優(yōu)于單凹腔燃燒室,能滿足燃燒室性能要求。三維模擬得到了燃燒室溫度場、組分濃度場等燃燒室流場特性,為詳細化學反應器網(wǎng)絡(

3、Chemical Reactor Networks,CRN)模型的建立提供了數(shù)據(jù)。然后,基于三維CFD模擬結(jié)果建立詳細的CRN模型預測燃燒室出口污染物排放,分析頭部與凹腔燃油分配比例、入口空氣溫度以及工作壓力等關(guān)鍵參數(shù)對污染物排放的影響。計算結(jié)果表明凹腔當量比在0.4～0.5時燃燒室污染物排放最低。隨著燃燒室工作壓力的升高,Nox排放增加,壓力高于10atm后Nox與CO排放基本保持不變。CRN模型方法計算時間短,準確度高,可以優(yōu)化燃燒

4、室設計,為實驗研究提供參考數(shù)據(jù)。最后,對經(jīng)過優(yōu)化設計的燃燒室進行了常壓實驗研究。實驗觀察到入口空氣溫度低于450K時,燃燒室內(nèi)發(fā)生爆燃,燃燒不穩(wěn)定。隨著燃燒室內(nèi)溫度升高(高于550K),燃燒狀態(tài)過渡到無焰燃燒。在低工況下,只通過凹腔噴嘴噴入燃油可以維持穩(wěn)定燃燒,但是燃燒效率較低,觀察到大量排氣冒煙現(xiàn)象;在設計狀態(tài)下,燃燒室內(nèi)形成無焰燃燒,CO和Nox的排放均小于30ppm(@15％O2),燃燒效率接近100％,出口溫度分布系數(shù)僅為0.0