火焰筒壁高温区与近壁区流场的数值模拟研究

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1、第42卷第5期2012年9月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．5Sep。2012火焰筒壁高温区与近壁区流场的数值模拟研究杨芳芳，吉洪湖，郑妹，张勃，胡娅萍(南京航空航天大学能源与动力学院，南京210016)摘要：航空发动机火焰筒的大孔包括主燃孔和掺混孔，将多斜孔壁冷却方式应用到真实环形燃烧室的火焰筒壁上，运用CFD软件，通过数值模拟的方式，计算研究整个燃烧室的温度分布，特别考虑了火焰筒壁温的分布，对近壁区的流场进行计算研究。研究分析表明：内外环壁热侧大部分区域温度都保持在1000K～1100K，在材料的

2、长期许用温度范围内；同时针对外环壁主燃孔和掺混孔附近的局部高温点，提出冷却方案，改善了近壁区的流场分布，对改善高温点起到了很好的效果，最大幅度降低达13．2％，壁面温度更加均匀，对降低热应力水平，延长火焰筒使用寿命有利。关键词：航空发动机；燃烧室；火焰筒；多斜孔壁冷却；数值模拟中圉分类号：V231．1文献标识码：A文章编号：1671．654X(2012)05—0087—04StudyonHighTemperatureRegionsofAnnularFlameTubeandFlowFieldofNearWallRegionsYANGFang—fang，JIHo

3、ng—hu，ZHENGMei，ZHANGBo，HUYa—ping(CollegeofEnergyandPowerEngineering，Na醇ngUniversityofAeronauticsandAstronautics，Na哆ng210016，China)Abstract：ThebigholesofAero—enginecombustorlinerincludeprimaryholesanddilutionholes，thispa—perappliedtheeffusion-"coolingmethodintotherealannularflametub

4、e．WiththehelpoftheCFDsoft—ware，numericalsimulationwascarriedouttoinvestigateonthetemperaturedistributionofthewholecom—bustor，especiallyoftheliners，includingflowfieldsofnearwallregions．Theresultshowsthatthetemper—atureofmostregionsofouterandinnerlinersOilthehotsideiSfrom1000Kto1100K

5、．whichiSi11thematerial’Slong—terraallowabletemperaturerange：Andcoolingschemewasputforwardconsideredonhotspotsbehindtheprimaryholesanddilutionholesontheouterliner，whichchangedtheflowofthenearwallregions，andeffectivelyimprovedthehotspots．Themostdecreasingrangeofthehighesttemperaturei

6、s13．2％．andmoreuniformwalltemperaturemakesthermalstresslevelreducedandtheservicelifeofflametubesextended．Keywords：aero．engine；combustor；flametube；effusioncooling；numericalsimulation引言针对低油耗、高推重比和低成本的先进航空发动机的发展趋势，各国对燃烧室提出了新的技术要求，燃烧室进口空气作为冷却剂的冷却能力在逐渐下降，火焰筒冷却技术的发展愈发重要。文献[1]指出，火焰筒筒壁的温度梯度

7、不能过高，如果在25mm的距离内两点壁温相差200。C以上，那也会引起很大的热应力，导致筒壁损坏。徐剑、许全宏等旧。31针对高温升燃烧室以延长其火焰筒使用寿命为目的，实验研究了多斜孔冷却方式孔排方式、壁厚与孔径比以及气动参数等对主燃烧室采用多斜孔冷却方式的火焰筒壁温梯度和冷却效率的影响。李志强等[41通过数值模拟对多斜孔火焰筒冷却结构平板模型进行了研究，重点探讨了吹风比、孔斜角、孔斜排列方式、复合角和孔结构对壁面绝热温比的影响规律。许全宏等【5o采用数值计算的方法研究了多斜孑L壁冷却方式小孑L内对流换热的特性。杨成风、张靖周等∞1对不同吹风比下三种气膜孔阵列

8、方式的多孔全覆盖冷却的气膜冷却的气膜出流流场特性、气