一级旋流偏置对双旋流杯下游流场的影响

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1、2016年6月第42卷第6期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJune2016V01．42No．6http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0402一级旋流偏置对双旋流杯下游流场的影响刘成川，许全宏+，于博文(北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室，北京100083)摘要：双旋流杯具有良好的综合燃烧性能，在航空发动机燃烧室中已获得广泛应用。但其在装配过程中不可避免

2、地会出现细微的安装误差，为了研究这些细微误差是否会对燃烧性能产生影响，需要更细致地研究双旋流杯局部结构和气动特征对下游流场的影响作用。因此，本文在常温常压条件下采用粒子图像测速(PIV)技术测试了双旋流杯下游冷态流场，探究一级旋流偏置对反向双旋流杯下游流场的影响规律。结果表明，随着一级旋流偏置距离的增加，在无量纲偏置量下游流场无变化，而当继续增加一级旋流的偏置距离时，下游流场会出现明显的偏移，这对旋流器的安装调试提供了参考。关键词：航空发动机；燃烧室；旋流杯；粒子图像测速(PIV)技术；旋流偏置中图分类号：V231文献标识码：A文章编号：1001-5965(2016)0

3、6．1244-06为了适应未来飞行器对高性能动力和低排放的需求¨七J，航空发动机燃烧室的温升不断增加，传统燃烧室头部设计方案中采用离心喷嘴与简单旋流器配合的结构在温升提高后出现污染排放多、发烟高、燃烧效率低和稳定范围窄等问题。20世纪中期，美国通用电气公司提出了双旋流杯空气雾化喷嘴方案，并获得了良好的燃烧性能和较低的污染排放，得到广泛应用¨4

4、。20世纪60年代中期，美国通用电气公司设计了双旋流杯空气雾化喷嘴(即旋流杯)，由于其较好的燃烧性能而在军用和民用航空发动机燃烧室上获得了大量应用∞J。双旋流杯空气雾化喷嘴主要由一级旋流器(内旋流器)、二级旋流器(外旋流器)、喷嘴

5、、文氏管和套筒等组成。从喷嘴喷出的燃油以一定的角度撞击到文氏管上，在文氏管上形成油膜，之后油膜在内外旋流空气的剪切作用下破碎成粒径很小的油滴进入燃烧室∞1。各国学者对双旋流杯空气雾化喷嘴的流场"{J、喷雾场p1以及熄火稳定性¨叫方面进行了很多研究。Mehta等¨¨利用激光多普勒测速仪(LaserDopplerAnemometer，LDA)手段研究了冷态时旋流杯旋向组合对旋流杯内部流场的影响，结果表明冷态时反向旋流会在旋流杯套筒出口截面之前产生更大的回流。张雪琴和黄勇¨引使用Fluent软件对多种不同结构的燃烧室进行了数值模拟。发现两级旋流器的出口面积与旋流数的改变都会导

6、致回流区尺寸的变化，其中二级旋流器的改变起主导作用，而一级旋流器仅带来较小变化。回流区的结构主要由二级涡流器气流决定。文献[13]用三维RNGk-6湍流模型进行了旋流燃烧室内等温流场的数值模拟，给出了旋流燃烧室内不同截面位置速度分布的计算结果。研究结果表明，经旋流器进入燃烧室的旋转气流和一次射流空气在燃烧室头部形成回流区，这将有助于缩短火焰长度和稳定燃烧。一次空气射流深度几乎达到燃烧室中心，有利于气流的混合并增收稿日期：2015-06-18；录用日期：2015-09-18；网络出版时间：2015．10—1611：15网络出版地址：www．cnki．net／kcms／de

7、tail／11．2625．V．20151016．1115．001．html}通讯作者：Tel．：010·82339465E-mail：xuquanhong@buaa．edu．cll；f用格式：刘成川，许全宏，于博文．一级旋流偏置对双旋流杯下游流场的影响fJJ．北京航空航天大学学报，2016，42f6)：1244．1249．LIUCC，XUQH，YUBW．Influenceofprimaryswidoffsetondownstreamflowfleldofdual-swirlcupljj．JournalofBei—ringUniversityofAeronauticsan

8、dAstronautics，2016，42(6)：1244-1249(inChinese)．第6期刘成川，等：一级旋流偏置对双旋流杯下游流场的影响1245大回流量。1．2偏置流场PIV测试系统文献[14一16]试验研究了加工及装配误差对喷嘴射流的影响，结果表明喷嘴和旋流器的径向偏心对喷雾分布影响较大。目前关于多级旋流杯的设计和研究主要集中在旋流杯的结构尺寸和无量纲旋流数对流场的影响上，而关于旋流偏置对燃烧室内流场的影响研究较少，而一级旋流偏置不仅会对下游流场产生影响，而且会影响到旋流杯内文氏管的气流流动，并间接影响雾化。为此，有必要对一级