射流角度对M-TIB燃烧性能影响分析

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1、第42卷第2期2016年4月航空发动机AeroengineV01.42No.2Apr.2016射流角度对M—TIB燃烧性能影响分析张鑫,唐豪(南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室,南京210016)摘要:为了研究主燃(MB)一涡轮叶间补燃(TIB)体化燃烧室(M-TIB)中燃烧环二次射流角度对燃烧性能的影响,设计了3种燃烧环二次射流角度组合分别为40。&40。,45。&55。以及50。&50。的M-TIB模型。利用FLUENT软件的Realizablek-e湍流模型、PDF燃烧模型和离散相模型对M-TIB的流动和燃烧进行数值模拟。研究结果表明:适当增大燃烧环二次射流角度,可以

2、强化M-TIB内部气流的掺混,改善速度分布,提高出口速度,减少污染物排放。关键词:主燃一涡轮叶I'4一体化燃烧室;超紧凑燃烧;燃烧环;射流角度;燃烧特性;航空发动机中图分类号:V235.1文献标识码:Adoi:10.13477/j.cnki.aeroengine.2016.02.004AnalysisofInfluenceofAirInjectionAngleonCombustionPerformanceforM—-TIBCombustorZHANGXin.TANGHao(JiangsuProvinceKeyLaboratoryofAerospacePowerSystem,Nanji

3、ngUniversityofAeronauticsandAstronaufics,Nanjing210016,China)Abstract:InordertostudytheinfluenceofairinjectionangleofcombustionringoncombustionperformanceforMainBurner(MB)一TurbineInter-BladeBurner口IB)integrationburne咚hortlyM-TIB),threeM-TIBmodelswiththeairinjectionanglesof40。&40。,45。&550and500&

4、50。weredesigned.Therealizablek-eturbulentmodel.PDFcombustionmodel.andDPMmodelofFLUENTwereusedtosimulatetheturbulentflowandcombustionoftheburner.TheresultsshowthatthemethodsofappropriatelyincreasingtheairinjectionangleofcombustionringcanstrengthentheblendingofmainflowandinjectionairinM-TIB,impro

5、vethedistributionofvelocity,increasethevelocityofoutlet,decreasetheemissionofpollutants.Keywords:MainBumer—-TurbineInter——BladeBurner;Ultra-CompactCombustion;combustionring;airinjectionangle;combustionperformance;aeroengine0引言提高燃气涡轮发动机的性能,最为有效的方法就是提高涡轮前温度。但是,由于受涡轮叶片耐温能力的限制,涡轮前温度的提高也受到限制。如何在现有耐温

6、材料的基础上,进一步提高燃气涡轮航空发动机的性能,或者如何在航空发动机同等性能的条件下,降低涡轮前温度,成为航空发动机燃烧技术领域值得探索和研究的课题。对此,Srignano等I㈦I提出了涡轮内燃烧的概念,高温燃气在经过高压涡轮作功之后,温度下降,此时,充分利用材料的耐热特性,利用二次燃烧,提高低压涡轮进口温度,从而提高低压涡轮的作功能力,进而提高航空发动机的循环功,以增大推力,提高性能。由美国空军研究试验室提出的超紧凑燃烧室(Ultra—CompactCombustion,UCC)的概念把涡轮燃烧的概念推向了实际化M。随后,基于超紧凑燃烧室(UCC)技术和涡轮叶间燃烧室(Turbi

7、neInter—VaneBurner,TIB)出现,其工作原理是利用燃烧环上的凹腔结构,喷油雾化二次射流,与主流燃气掺混,以形成旋流形态的燃烧取代轴向传递的燃烧组织,燃气燃烧的过程发生在狭小紧凑的涡轮导向叶片间的通道里,从上游到下游,发生稳定的动量、能量交换以及组分扩散[8-131。收稿日期:2015—10—25基金项目:国家自然科学基金(51076064)资助作者简介:张鑫(1991),男,在读硕士研究生,研究方向为航空发动机燃烧技术;E-mail:59

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