高温升燃烧室出口温度场掺混孔调控技术研究

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以高温升燃烧室为研究背景,开展掺混孔调节高温升燃烧室出口温度场关键技术研究。建立回流和直流燃烧室掺混区简化模型,分析掺混孔结构参数和掺混射流气动参数对燃烧室出口温度场的影响规律及掺混区流动特性和气动热力性能,在单头部燃烧室中进行验证,并研究了掺混区温度分布影响污染物排放特性,获得了大量研究成果,主要包括:(1)建立了某回流燃烧室掺混区简化模型,分析了不同掺混孔结构参数和掺混射流气动参数对掺混区内流动规律和燃烧室出口温度分布规律影响,探讨掺混孔射流穿透深度、射流轨迹和混合质量对燃烧室出口温度场的影响。掺混孔的总流量不变,研究掺混孔的数目、孔径及排列方式等对掺混孔射流特性和燃烧室出口温度的影响;研究掺混孔的形状对掺混孔射流特性、掺混区流场和出口温度场影响。研究结果表明:燃烧室掺混气量和掺混区结构一定情况下,掺混孔数目、孔径和排列方式存在最佳值;掺混孔的形状对掺混孔射流特性和出口温度场影响较大,半翻边孔的射流深度略大于翻边孔,而翻边孔与半翻边孔的掺混射流深度明显大于平孔射流深度,相对于平孔,翻边孔燃烧室出口温度场的OTDF与RTDF都有较好的改变。而半翻边孔的OTDF增大,RTDF减小。(2)建立了某直流燃烧室掺混区简化模型,针对非均匀的主流温度,分析了不同掺混孔结构和气动参数对出口温度场影响规律。在内、外涵掺混射流与主流的动量比J分别为54.4和35.5情况下,最佳内外涵道掺混孔S/H分别为0.65和0.84。结构不变的情况下,增加掺混射流与主流的动量比,将增加掺混射流的穿透深度。掺混射流与主流的动量比增加到一定的值后继续增加,掺混射流深度继续增大,但出口温度分布没有明显的改善,针对本文研究结构,内外掺混孔与主流的最佳平均动量比为77左右,继续增加射流与主流的动量比,出口温度场的品质不会变好。(3)研究了单头部燃烧室掺混孔结构和气动参数对燃烧室出口温度场的影响规律,研究掺混区热力特性影响高温升燃烧室污染物排放特性。研究结果为深入开展高温升燃烧室出口温度场调控技术研究打下了坚实的基础,为高温升燃烧室的设计提供理论依据和技术支持。
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