结构参数对喷嘴性能影响的数值研究

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1、第41卷第5期2015年10月航空发动机AeroengineV01．41No．50ct．2015结构参数对喷嘴性能影响的数值研究刘国库·，潘刚2，郑洪涛2(1．海军驻沈阳地区发动机专业军事代表室，沈阳110015；2．哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，哈尔滨150001)摘要：为了更好地了解离心式喷嘴的结构参数对其性能的影响，采用两相界面追踪流体体积方法(VolumeOfFluid，VOF)对离心式喷嘴内部的气液两相流动进行了数值模拟研究。结果表明：增大喷嘴旋流室直径与出口段直径比D溉，能够减小液膜厚度和喷雾锥角；增大

2、旋流室长径比L扫。，能够增大液膜厚度，减小喷雾锥角；增大出口段长径比￡徊o，会使液膜变薄，喷雾锥角减小；增大旋流室半锥角厌，会使液膜变厚，喷雾锥角减小。关键词：离心式喷嘴；VOF；液膜厚度；喷雾锥角；燃气轮机；燃烧室中图分类号：TK16文献标识码：Adoi：10．13477Q．cnki．aeroengine．2015．05．006NumericaIInvestigationforEffectofStructuraIPa陀metersonNozzlePerformanceLIUGuo—kul，PANGan92，ZHENG

3、Hong—ta02(1．NavalConsumerRepresentativeOflqceofEngineinShenyang，Shenyang110015，China；2．ConegeofPowerandEnergyEngineering，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China)Abstract：Inordertoinvestigateeffectofstructuralparametemonnozzleperformance，thegas-liquidtwo—p

4、haseflowofswirlatomizerwassimulatedbyVOFinterfacetrackingmethod．ThesimulationresultsshowthatincreasingofDCDoleadstothedecreaseoffilmthicknessandsprayconeangle．IncreasingofLs，Dsincreasesfilmthicknessanddecreasessprayconeangle．IncreasingofLdDoresultsinthedecreaseo

5、ffilmthicknessandsprayconeangle．Increasingof0sincreasesfilmthicknessanddecreasessprayconeangle．Keywords：swirlatomizer；VOF；filmthickness；sprayconeangle；gasturbine；combustor0引言由于结构简单，雾化效果好，离心式喷嘴被广泛应用于燃气轮机燃烧室中。目前，对于喷嘴性能的研究主要采用试验手段旧。Ferreira等呶寸燃用重油的带有内混腔的两相流喷嘴进行了试验研

6、究，探讨了影响该型喷嘴优化设计的主要参数及其数值；刘观伟等141研究了切向孔总面积对离心式喷嘴雾化特性的影响；王成军等【喊验研究了压力对喷嘴雾化角的影响；陈俊等同试验研究了双路离心喷嘴的雾化油滴的速度场，得到了雾化油滴平均速度、脉动速度及湍流度的分布。随着计算技术的进步，采用数值方法研究喷嘴性能得到了学者们的重视。其中越来越多的学者采用VOF模型来研究喷嘴内的流体流动隋况。Mandal等171采用VOF模型对简单雾化喷嘴中的幂律流体流动进行了研究；Altimira等[81利用VOF模型对扇形雾化喷嘴的特性进行了数值研究

7、，得到了喷嘴内部结构对于流动以及液膜的生成和发展的影响规律；王国辉等[91采用VOF法研究了喷嘴结构参数对雾化角的影响。为了更好地了解离心式喷嘴结构参数对其性能的影响，本文采用VOF方法，考察了喷嘴旋流室直径与出口段直径比、旋流室长径比、喷嘴出口段长径比和旋流室半锥角对喷嘴液膜厚度和喷雾锥角的影响，为离心式喷嘴的设计提供理论指导。1喷嘴几何模型通过建立1个简单的离心式喷嘴模型，改变喷嘴结构尺寸大小，考察结构参数对其性能的影响。喷嘴计算域如图1(a)所示。流体由均匀分布在旋流室顶部周围的4个进口进入到旋流室，流体在旋流室

8、中进收稿日期：2014—12—06基金项目：燃气轮机工程研究项目资助作者简介：刘国库(1978)，男，工程师，从事舰用燃气轮机、航空发动机故障诊断、测试、维修与全寿命保障技术研究工作；zhuchongwei412@163．COB。弓＼甩格式：刘国库，潘刚，郑洪涛．结构参数对喷嘴性能影响的数值研究卧航空发动机，2015，41(5)：