旋流冷壁燃燒室的數(shù)值研究.pdf

1、渦流冷卻技術(shù)是一種新型的燃燒室冷卻方式，能夠有效簡化燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低研制成本，增加使用壽命，提高維護(hù)性能，在工程應(yīng)用上具有十分巨大的潛力。但是國內(nèi)外并未深入開展外形結(jié)構(gòu)尺寸及中心空氣射流及其相關(guān)參數(shù)對燃燒室流動特性和燃燒性能影響的仿真研究，也沒有深入研究中心空氣射流作用的原理以及渦流冷卻的機(jī)理。
　　本文針對旋流冷壁燃燒室，采用雷諾應(yīng)力模型（RSM），開展了燃料噴孔形式及其位置、進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)尺寸、中心空氣射流及其相關(guān)參數(shù)以及噴管

2、尺寸的數(shù)值仿真研究，分析了上述因素燃燒室燃燒流動特性的影響規(guī)律及作用原理，并從場協(xié)同的角度入手，進(jìn)一步分析了渦流冷卻的機(jī)理。
　　研究結(jié)果表明：環(huán)形孔噴注方式綜合性能優(yōu)于6孔噴注方式。燃燒效率隨環(huán)形噴孔的外移而增大，本文條件下環(huán)形噴孔中徑占燃燒室直徑的96％時，燃燒效率最高可達(dá)99.3%。壁面附近的協(xié)同角是冷壁效果的重要因素。環(huán)形孔外移會使小協(xié)同角區(qū)域向壁面靠近，從而惡化壁面冷卻效果。
　　矩形進(jìn)氣管較圓形與三角形進(jìn)氣管擁有

3、最高的燃燒效率，低的總壓損失、良好的冷壁效果以及最佳的出口溫度分布。矩形進(jìn)氣管入口長寬比對總壓損失系數(shù)的影響不大，對出口溫度分布，燃燒效率影響較大。矩形進(jìn)氣管入口長寬比為0.64時，旋流冷壁室綜合性能達(dá)到最佳，燃燒效率為97.3%，總壓損失系數(shù)為0.6%、OTDF為0.32。
　　增加空氣中心射流以及改變相關(guān)參數(shù)提高燃燒效率的原因除克服了軸線處燃料難以和氧化劑混合的缺陷以外，還包括湍流強(qiáng)度的增強(qiáng)對燃料與空氣摻混和傳熱的促進(jìn)以及協(xié)同

4、角減小對換熱性能的改善。壁面附近的協(xié)同角是影響旋流冷壁效果的重要因素，協(xié)同角越接近90°，越有利于獲得較好的冷壁效果。射流速度的提高能進(jìn)一步提高燃燒效率，但過大的射流速度會惡化冷壁效果，本文條件下該值為100m/s。燃燒效率隨著射流孔徑的增大而增高，而壁面附近的協(xié)同角隨之減??；本文條件下射流孔徑為燃燒室直徑的7%時，旋流冷壁作用開始失效。
　　噴管伸入燃燒室可以提高燃燒效率，并改善冷壁效果。減小噴管直徑利于提高燃燒效率，但會增加總