加力燃烧室齿冠状混合器结构优化和性能的分析

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1、中图分类号：V231.1论文编号：102870213-S102学科分类号：080701硕士学位论文加力燃烧室齿冠状混合器结构优化与性能分析研究生姓名狄虎威学科、专业工程热物理研究方向传热与传质指导教师单勇副教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二一二年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergy&PowerEngineeringInvestigationontheStructureandPerfor

2、mancesofChevronMixerfortheAfterburnerAThesisinThermalPhysicsEngineeringbyDiHuweiAdvisedbyAssociateProfessorShanYongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2012承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和

3、致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要作为军用涡扇发动机重要组成部分的加力燃烧室为飞行器提供了短期的最大推力，以满足起飞、瞬间加速等特殊飞行状况之需。提高加力燃烧室性能的关键就是要为其提供一个较为均匀进口流场和组

4、织燃烧的优化方案。本文以加力燃烧室为研究对象，采用齿冠状混合器强化内外涵混合，进行齿冠状混合器结构优化和加力燃烧室燃油分布规律的数值研究。基于CFD技术，对齿冠状混合器加力燃烧室进行三维气动计算，通过改变齿冠状混合器齿长度(L)、齿数(n)和齿内切角度(α)，分析不同结构齿冠状混合器的热混合效率、总压恢复系数、流向涡结构及混合器下游温度场等特征参数。研究结果表明，混合器齿长度和齿内切角度的增加对混合器掺混能力的提高有促进的作用，但较高的齿内切角度会带来较大的气动损失；齿数的增加对流向涡的发展有挤压作用，不利于热混合效率

5、的提高。综合来说，齿长度L=82.75mm、齿数n=24个、齿内切角度α=40º的齿冠状混合器性能较优。在三维流场计算的基础上，通过加入涡耗散燃烧模型和离散项模型，对气动和掺混性能最佳的齿冠状混合器加力燃烧室进行燃烧计算。根据流场、温度场信息对五个供油区域的供油量分别控制，调节位于混合器两侧的供油区供油量，分析不同的供油方案中燃油浓度场、混合器下游温度场、燃油液滴直径分布、加力燃烧室筒体温度及燃烧效率等特征参数。研究结果表明，在总供油量不变的条件下，不同区域供油量分配调整不仅能有效控制筒体温度、改善筒体内高温区域，而且

6、还可以将燃烧效率最高提高0.92%。关键词：齿冠状混合器，热混合效率，燃烧效率，流向涡，总压恢复系数I加力燃烧室齿冠状混合器结构优化与性能分析ABSTRACTAsaimportantpartofmilitaryturbofanengine,theafterburnersuppliedamaximumthrustinashorttimetosatisfysomespecialflightconditionliketake-offandspeedup.Supplyingasymmetricalinletflowfielda

7、ndoptimizingthecombustionwerethekeytoenhancetheperformancesoftheafterburner.Inthispaper,aturbofanengineafterburnerwithchevronmixerwassimulatedbyreasonableViscousModel,CombustionModelandDiscretePhaseModel.Thethree-dimensionalflowfieldsandcombustioncharacteristics

8、oftheafterburnerwerecomputedtoimprovetheperformanceofthechevronmixerandthefueldistributingoftheafterburner.Theafterburnerswithdifferentchevronmixersweresimulatedbyk-ε