旋流贫油喷射驻涡燃烧室的数值研究

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1、学校代码：10406分类号：V235.11学号：120085232007南昌航空大学硕士学位论文（专业学位研究生）旋流贫油喷射驻涡燃烧室的数值研究硕士研究生：张龙导师：曾卓雄教授申请学位级别：硕士学科、专业：航空工程所在单位：飞行器工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：南昌航空大学INumericalStudyonSwirlLeanFuelInjectionTVCADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnAeronauticalEngineeringbyZhangL

2、ongUndertheSupervisionofProf.ZengZhuoxiongAircraftEngineeringCollegeNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaMay,2015II摘要旋流贫油喷射TVC(TrappedVortexCombustor)作为融合了LDI(LeanDirectInjection)、RQL(Rich-burn，Quick-quench，Lean-burn)等部分技术特点的新型驻涡燃烧室，目前对其认识还较欠缺。为了揭示旋流、回流、燃烧相互

3、作用下燃烧室内燃烧流动现象及其演变规律，同时深化认识燃烧湍流流动机理和寻求高效燃烧室性能和低污染排放的结构优化匹配规律，本文用数值模拟方法研究了燃烧室冷态和热态下的三维无旋和有旋流动，结果表明，燃烧室主要结构参数和气动参数对燃烧室性能和NOx排放有不同程度地影响，总体上总压损失受影响有限，单旋流模式中不同气动条件下均获得了良好的排放性能，旋流和燃烧显著影响湍流流场特性，主要结论有：（1）非全封闭式导向叶片更好，其I型匹配：La/Bc=0.47（La为导向叶片凹腔内长度，Bc为凹腔深度）；旋流通道结构优化匹配：Zs/Lc

4、=0.47(Zs为旋流通道轴向长度，Lc为燃烧室总长)，阻塞比BR=0.6，旋流出口结构采用预混方案更好，单旋流模式下优化匹配：内外径比Ri/Ro=0.888，受限比LR=14.98。只有Ro适中时，增大Ri/Ro才会使排放指数型增加；并排双旋流模式下增大Ri/Ro会改善燃烧效率和排放性能，优化匹配：Ri/Ro=0.72，LR=14.98，旋流器间距Ds满足Ds/W=0.5时（W为燃烧室宽度），排放最少，同旋结构综合性能更好；在受限比LR一定时，双旋流模式中降低Ri/Ro更有利于改善燃烧室总体性能和流场结构，单旋流模式

5、则刚好与之相反，单旋流模式更有低排放优势。（2）冷态：旋流主要影响回流区总体强度，旋流间相互作用主要影响回流区形态，旋流极大拓展了强烈湍流脉动区域的范围，极大削弱双涡结构，适中的旋流更利于维持双涡结构；热态：旋流对回流区位置形态的影响不如冷态的大，旋流主要影响回流区总体强度和钝体效应回流区，旋流对回流区总体强度的影响比冷态更强烈，单旋大大增强凹腔湍流脉动，但双旋反而使其受到抑制，旋流主要影响旋流通道下游温度分布；燃烧显著改变凹腔回流区和旋流回流区形态，使回流区总体尺度与强度均减弱，增强了旋流回流区强度，但缩小了其尺度，

6、还使凹腔回流区尺度和强度均明显减小，燃烧改善了双涡结构，使气流旋动比湍流脉动具有更强的轴向衰减特性，主要影响火焰筒下游流场，未对凹腔混合流动的旋转特征造成强烈影响。（3）增加直流当量比不利于燃烧效率和排放性能；增加直流温度不利于出口温度分布、涡系结构、减少排放；增加直流速度明显降低燃烧效率和总压恢复系III数，但会减少排放；适当增加旋流当量比会改善出口温度分布，但会增加排放；增加旋流温度主要加热旋流回流区，并使中心轴线温度梯度剧增，过高旋流温度不利于燃烧效率和减少排放；总体上适当提高旋流速度有利于改善燃烧室性能，减少排

7、放；强旋流时增大旋流数使双涡结构受到干扰却未被完全破坏，继续增大旋流数至超强旋状态，则双涡结构被完全破坏，强旋流下增大旋流数主要增强旋流回流区及其附近流场的燃烧强度，在非常强旋时增大旋流数才使燃烧效率明显降低，旋流数对排放有一定影响，存在某一旋流数作为拐点使NOx排放先增加后减小，数值模拟结果预测该拐点在0.8附近。关键词：旋流；回流；驻涡燃烧室；燃烧室性能；NOx排放IVABSTRACTAsanoveltrappedvortexcombustor(TVC),swirlleanfuelinjectionTVCcombi

8、nespartcharacteristicsofLDIandRQL.Thepurposeofthisthesisistorevealthecombustionflowphenomenaanditsevolutionundertheinteractionofswirl,recirculationandcombustion,haveb