模型加力燃烧室热声耦合特性研究

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1、中图分类号：V231.1论文编号：102870215-S068学科分类号：082502硕士学位论文模型加力燃烧室热声耦合特性研究研究生姓名谭威学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向燃烧方向指导教师韩启祥教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一五年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringThermo-acousticCouplingCharacteristicsResearchofanAfterburnerModel

2、AThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringByTanWeiAdvisedbyProf.HanQixiangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2014承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本

3、人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要航空发动机加力燃烧室工作过程中，当放热脉动和压力脉动相互耦合时会发生低频振荡燃烧，从而导致加力筒体过热、加力比减小等现象。因此，在加力燃烧室工作过程中是不允许出现低频振荡燃烧，而热声耦合现象是加力室低频振荡燃烧的本质。所以，为了研究加力燃烧室的热声耦合特性，本文进行了以下工作：1、在一体化加力燃烧室气动热力特性分析、声学特性分析基础上，并基于相似准则构建了一体化加力

4、燃烧室理论分析与实验研究模型。对模型加力燃烧室进行了稳态数值模拟，将稳态速度场与理论计算的速度进行了比较，得到了一个优化的数值计算模型。2、通过大涡模拟的方法对模型加力燃烧室的冷态非稳态特性进行了数值计算，研究了来流扰动对压力脉动特性和声场特性的影响。发现在稳定器后形成了明显的旋涡脱落现象，并观察了旋涡生成和消亡的过程；发现模型加力燃烧室内压力脉动幅值和声压级在回流区处最大，向进出口方向递减；压力脉动幅值的变化规律和声波幅值的变化规律相似。在Fluent中通过自己编写的UDF程序给模型加力燃烧室进口施加了一个频率和幅值可调的进口扰动。发现当施加扰动为20kpa、200Hz时声场

5、幅值最大，增加扰动频率对声场的影响要大于增加扰动幅值；当扰动频率接近系统固有频率时声波最强，远离固有频率则声波减弱；增加扰动幅值会对声场强度产生抑制。3、通过大涡模拟的方法对模型加力燃烧室的非稳态燃烧进行数值计算，研究了来流扰动对热声耦合特性的影响。结果表明，在支板稳定器表面出现了贴体火焰，火焰形态与试验中高速摄影拍到的结果相吻合；发现数值计算得到的压力脉动频率略高于实验测得压力脉动频率；当扰动频率小于系统固有频率时，声波幅值和压力脉动幅值随扰动频率增加而上升；当扰动频率大于系统固有频率后，声波幅值和压力脉动幅值随着扰动频率的增加而下降；扰动幅值的变化对热声耦合有明显影响，当扰

6、动来流参数为40kpa，20Hz时压力脉动幅值和温度脉动幅值最高。4、搭建了模型加力燃烧室热声耦合实验台架及测量系统，研究了不同进气速度、油气比、喷嘴与稳定器相对位置等对模型加力燃烧室内压力脉动特性和放热脉动特性的影响。结果表明：当油气比相同时进气速度大则压力和放热脉动幅值大；增加油气比可以有效的提高热声耦合的强度，但是当油气比接近恰当比时（f/a=0.06）随着油气比的增加热声耦合强度下降；改变喷嘴位置对热声耦合强度有着重大影响，喷嘴距离稳定器前端10mm时热声耦合幅值相比其他位置很小。关键词：模型加力燃烧室、热声耦合、CH离子浓度传感器、振荡燃烧、声压级i模型加力燃烧室热声

7、耦合特性研究ABSTRACTWhentheheatdisturbancecoupledwithpressuredisturbanceduringtheaero-engineafterburneroperation,thelow-frequencycombustionoscillationsoccurred,andresulTedinafterburnercylinderoverheating,afterburnerratiodecreasingandsoon.Therefore,thelow