菱形排列发散小孔火焰筒冷却结构数值模拟

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1、第4卷第1期2013年2月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．4No．1Feb．2013文章编号：1674—8190(2013)01—07605菱形排列发散小孔火焰筒冷却结构数值模拟武晓欣，索建秦，梁红侠，常峰(西北工业大学动力与能源学院，西安710072)摘要：针对先进燃烧室火焰筒壁面保护问题，对火焰筒菱形排列发散dqL进行数值研究，提出一套处理菱形排列发散dqL网格的方法。为了研究火焰筒壁面的温度分布，采用流固耦合的方法，并采用标准k-e模型、非预混PDF模型对燃烧室

2、性能进行计算。计算结果表明：发散小孔菱形排列在冷却效果上优于顺排排列，在总油气比为0．046的情况下，工况一最高壁温806K，温度梯度20．7K／cm，工况二最高壁温780K，温度梯度34．4K／cm，冷却结构满足了先进燃烧室在高油气比下对燃烧室壁温方面的要求。关键词：燃烧室；火焰筒；冷却结构；发散4qL；数值模拟中图分类号：V235文献标识码：ANumericalSimulationofRhomboid。arrangementEffusionCoolingStructureWuXiaoxin，SuoJianqin，LiangHongxia

3、，ChangFeng(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechniealUniversity，Xi’an710072，China)Abstract!Tosolvetheproblemofadvancedcombustorlinerwallthermalprotection，numericalsimulationiSconductedtostudytherhomboid—arrangementeffusioncooling，andputforwardamethodtodealwiththegrid

4、ofrhomboid—arrangementeffusioncooling．Thelinerwalltemperaturedistributionisstudiedbyusingtheliquid—solidcouplingmethod，andthecalculationofperformanceforthemodelcombustorisperformedviathestandard肛eModelandNon—Premixed(PDF)CombustionModel．Theresultshowsthatatthe0．046fuel—air

5、condition，therhomboid—arrangementeffusioncoolingperformedbetterthanthealignment，themaximumwalltempera—tureis806Kandthemaximumtemperaturegradientis20．7K／cminworkingcondition1，themaximumwalltemperatureis780Kandthemaximumtemperaturegradientis34．4K／cminworkingcondition2，whichm

6、eetstheneedofwalltemperaturelevelfortheadvancedcombustorsathighfuel—airratio．Keywords：combustor；liner；coolingstructure；effusioncooling；numericalsimulation0引言随着航空发动机性能的不断提高，进入燃烧室的空气温度、压力及其温升逐步上升。高温燃气向火焰筒的热辐射日趋增高，而可用的冷却空气量却愈来愈少，使得火焰筒壁面热保护显得越来越严峻和重要。收稿日期：2012-04—11；修回日期：2012-

7、05—10基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金(20106102120031)通信作者：武晓欣，263328744@qq．corn目前，对军用高温升与民用低污染燃烧室，火焰筒冷却结构主要有三种：浮动壁冷却结构、多层孔板冷却结构和发散小孔冷却结构。与常规缝式气膜冷却相比较，发散小孔冷却结构的冷却效果有大幅提高，可节约40％的冷却气量，它的另一个特点是火焰筒壁温梯度小。从结构和加工上来说，发散小孔冷却比浮动壁冷却和多层孔板冷却要简单[1]。目前采用发散小孔冷却技术燃烧室的发动机主要有GE90和F404旧j。对发散小孔冷却结构的研究从20世纪

8、60年代开始到80年代仍在继续，但是大多数研究针对第1期武晓欣等：菱形排列发散小孔火焰筒冷却结构数值模拟涡轮叶片的冷却机构，这在结构尺寸与工作参数方面不同于燃烧室。国内对发散小孔