内机匣故障对燃烧室性能影响的数值与试验研究

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1、第42卷第2期2016年4月航空发动机AeroengineVol_42No．2Apr．2016内机匣故障对燃烧室性能影响的数值与试验研究王文波，岳明，金捷(北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191)摘要：为了研究内机匣故障对燃烧室性能的影响，在对某回流燃烧室的正常件及小弯管有裂缝故障件进行试验的基础上，通过可实现的七一s湍流模型、颗粒随机轨道模型、火焰面模型和Kundu化学反应机理对模型燃烧室内3维2相燃烧流场进行了数值模拟，分别对小弯管不同裂缝长度(占模型弧长的10％、20％、30％、40％、50％)且最宽处

2、为O．55mm不变情况下的模型燃烧室的出口温度分布进行对比分析。结果表明：裂缝漏气导致叶尖温度降低，叶根温度升高，不利于涡轮转子叶片工作。关键词：内机匣；故障；试验；数值模拟；出口温度分布；航空发动机中图分类号：V231．2文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2016．02．016NumericalandExperimentalStudyofEffectofInnerCasingFailureonCombustorPerformanceWANGWen—bo，YUEMing，JINJi

3、e(SchoolofEnergyandPowerEngineering，BeihangUniversity，Beijing100191，China)Abstract：Inordertostudytheeffectofinnercasingfailureoncombustorperformance，threedimensionaltwo—phasecombustionflowfieldsinamodelcombustorweresimulatedusingrealizablek-eturbulentmodel，particl

4、esstochastictrajeetorymodel，flameletmodelsandKunduchemicalreactionmechanismbasedontheexperimentofareverse-flowcombustorandtheonewithcracksinthesmallbend．Theoutlettemperaturedistributionofthemodelcombustorinthesituationofdifferentcracklength(accountingfor10％，20％，30

5、％，40％，50％ofthearelengthofthemodellandthewidestposition’Sdimensionwhichwasafixedvalueof0．55mmwerecomparedandanalyzed．Theresultshowsthatthecrackleakageleadtothetemperaturedroppingatbladetipbutrisingatthebladeroot，whichisnotconducivetotheturbinerotorblade．Keywords：in

6、nercasing；failure；experimental；simulation；outlettemperaturedistribution；aeroengine0引言燃烧室是燃气轮机的核心组成部件，其工作环境具有热负荷大、流场复杂及高温高速等特点。燃烧室出口温度场均匀性不仅是燃气轮机燃烧室的重要安全性指标，而且是涡轮叶片安全长久工作的重要保证，密切关注燃烧室性能参数是十分必要的。随着涡轮前温度的提高，燃烧室火焰筒等高温零件的故障问题日益成为关注的焦点。据相关统计数据[11，在燃烧室故障中，63％是火焰筒的故障，5％是燃

7、烧室外套的故障，4％是喷嘴的故障。然而在公开文献中，极少研究故障发生后对燃气轮机产生的影响。而且，由于燃烧室内部流场、化学反应及物理变化过程非常复杂，在试验中不能细致观察到燃烧室内部燃烧流动情况，有很大的局限性。随着计算机性能的提高，计算方法的不断完善和改进，燃烧室的数值模拟研究得到国内外的广泛重视，比如GE公司提出的ACC(AdvancedCombustionCode)计划【2】，采用参数化建模方法【圳和基于计算流体力学(CFD)的数值方法闱，以及3维湍流燃烧数值模拟【6】来分析燃烧室的工作特性，预测其流场、温度分布以及

8、NO。排放指数，对减少燃烧室试验和研制费用，缩短研制周期具有重要的现实意义m。本文在试验的基础上，用数值模拟的方法研究某回流燃烧室火焰筒内壁故障对其出口温度分布的影响，以期引起相关研究者的重视，并对燃气轮机的维护起一定指导作用。收稿日期：2015—09—19作者简介：王文波(1989)，男，在读硕士研究