关键词:
加力燃烧室
湍流流场
喷油比例
喷嘴布局
燃烧特性
燃烧效率
摘要:
战斗机通过加力燃烧室可以解决起飞、爬升、规避导弹等特殊工况下短时间的推力提升问题,作为提升发动机推力的重要部件,其流场特征与燃烧特性的研究变得愈发重要。为了深入理解加力燃烧室的湍流燃烧问题,本文开展了进气参数和结构参数对燃烧影响的二维数值研究。
本文采用二维物理模型,基于Realizable k-ε湍流模型和EDM燃烧模型,并引入十二组分十步化学反应机理,对模型加力燃烧室进行网格划分,在稳定器、喷嘴和壁面等位置进行网格加密,进行加力燃烧室内湍流流场的仿真研究,结合试验结果进行对比分析,讨论加力燃烧室的燃烧特性,进行性能评估。
探究了燃油配比、总燃油流量配置、内涵进气压力和内涵进气温度变化对湍流流场和燃烧特性的影响,通过加力燃烧室气流压力、温度、流速、湍动能等分布情况分析流场和温度场的组织状况,阐述了燃油、氧气以及主要燃烧产物分布情况,并分析其生成机制;通过火焰稳定器后回流区的流线图和火焰稳定器附近的涡系结构等重要的流场结构,进而对加力燃烧室内燃烧特征进行分析;分析加力燃烧室稳定器后方沿轴向方向平均速度、平均温度的变化趋势,引入发动机加力燃烧室温度均匀性、效率特性,对加力燃烧室燃烧特性进行综合评价。结果表明:随着外圈喷油比例增大,外圈火焰逐渐向燃烧室下游延伸,燃油分布更加均匀,整体的燃烧性能增强;燃油总流量增大,中圈低压区和低速区范围增大,局部湍动能增大,增大燃烧反应的反应空间,燃烧增强;内涵进气温度下降对燃油蒸发过程产生不利的影响,内涵进气压力下降减小了内圈和中圈的气流速度,对两圈燃烧区产生不利影响。
探究了喷嘴结构参数的变化对湍流流场和燃烧特性的影响,设计了三组喷嘴布局及两种喷嘴数量结构,基于燃烧室各参数云图探究了三圈燃烧的组织和耦合情况,考察燃烧反应主要组分的分布情况,进行燃烧效率量化分析。结果表明:三圈喷嘴正斜率布置时燃烧组织情况优于V形布置,三圈喷嘴正斜率布置时,促进相同径向位置外圈燃烧的组织过程,燃烧组织情况优于另外两种布置;双喷嘴结构下燃料与空气的混合更为充分,这种均匀的燃料分布有助于提高燃烧效率,使得更多的燃料能够在稳定器后得到充分的燃烧,从而产生更高的温度。