燃烧室热-声-结构耦合特性研究.pdf

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1、机械设计与制造第12期258MachineryDesign&Manufacture2014年12月燃烧室热一声一结构耦合特性研究艾延廷，韩雷，王昌旭(1．沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室，辽宁沈阳110136；2．华晨汽车工程研究院NVH工程室，辽宁沈阳l10027)摘要：航空发动机燃烧室的热释放、声波动以及流体扰动与结构振动之间的耦合作用对结构破坏产生重要影响。应用有限元分析软件建立数值模型，从能量角度分析了热声耦合产生的根源及其作用机理，建立了热一声一结构单向耦合机制，完成了燃烧室薄壁结构预应力模态分析、谐响应分析与谱分析，得到了耦合条件下

2、的结构动力学特性。通过试验数据与模拟结果的对比研究，得出耦合作用产生的根源为燃烧不稳定性，火焰波动对速度场、压力场、密度场等的形成与发展具有重要影响；热载荷对结构振动影响较大，且对高频段影响比低频段大；声压力载荷对结构振动影响较小，且在某些频率下使结构振动频率减小。工作对燃烧室设计等具有重要实际价值。关键词：燃烧室；热声耦合；数值模拟；动力学特性中图分类号：TH16；V231．92文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)12—0258—04ResearchontheCharacteristicsofThermal—AcOustic—StructuraIC

3、ouplinginaCombustionChamberAIYah—ting，HANLei，WANGChang—XU(1．LiaoningKeyLaboratoryofAdvancedMeasurementandTestTechnologyforAircraftPropulsionSystems，ShenyangAerospaceUniversity，LiaoningShenyang110136，China；2．NVHProjectLaboratory，B~llianceAutoR&DCenter，LiaoningShenyang110027，China)Abstrac

4、t：Couplinglofheatrelease，acousticfluctuation，fluidperturbationandstructuralvibrationin帆nero-enginecombustionchambercanproducecontinuousalternatingloadswhichhavesignifcantimpactsonfailureofcombustionchamberFiniteelementanalysis$O~wareisappliedforestablishingnumericalmodelsandsolving．Ther

5、ootcoM~esandmechanismofthermal-acousticcouplingarediscussedbyusingenergymethod．Onewaycouplingofthermal-acoustic—structureisdevelopedandstructuraldyn~iccharacteristicsofthewallsarestudiedthroughprestressedmodalanalysis，harmonicresponzeanalysisspectrumanalysisundercoupling．Theconclusionth

6、atcombustionirritabilityinducesmulti—physicscouplingisobtainedbycomparativeanalysisofeexperimentaldarnsandsimulationresults．Flamefluctuationhas鲫signifzeantimpactontheformationanddevelopmentofvelocityfield，pressurefield，densityeldandotherflowz．Thermalloadshavealargeimpactonstructuralvibr

7、ation，andtheeffectisgreaterinhighfrequeuciesthaninlowfrequencies．Acousticpressureloadshavelhtleconstructuralvibrationandthey，efrequencydecreaseatcertainfrequencies．Theseworkshaveimportantpracticalvaluesfordesignofcombustionchambers．KeyWords：CombustionChamber；Thermal-AcousticCou