旋流冷壁燃烧室的数值研究.pdf

1、涡流冷却技术是一种新型的燃烧室冷却方式，能够有效简化燃烧室结构设计，降低研制成本，增加使用寿命，提高维护性能，在工程应用上具有十分巨大的潜力。但是国内外并未深入开展外形结构尺寸及中心空气射流及其相关参数对燃烧室流动特性和燃烧性能影响的仿真研究，也没有深入研究中心空气射流作用的原理以及涡流冷却的机理。
　　本文针对旋流冷壁燃烧室，采用雷诺应力模型（RSM），开展了燃料喷孔形式及其位置、进气管结构尺寸、中心空气射流及其相关参数以及喷管

2、尺寸的数值仿真研究，分析了上述因素燃烧室燃烧流动特性的影响规律及作用原理，并从场协同的角度入手，进一步分析了涡流冷却的机理。
　　研究结果表明：环形孔喷注方式综合性能优于6孔喷注方式。燃烧效率随环形喷孔的外移而增大，本文条件下环形喷孔中径占燃烧室直径的96％时，燃烧效率最高可达99.3%。壁面附近的协同角是冷壁效果的重要因素。环形孔外移会使小协同角区域向壁面靠近，从而恶化壁面冷却效果。
　　矩形进气管较圆形与三角形进气管拥有

3、最高的燃烧效率，低的总压损失、良好的冷壁效果以及最佳的出口温度分布。矩形进气管入口长宽比对总压损失系数的影响不大，对出口温度分布，燃烧效率影响较大。矩形进气管入口长宽比为0.64时，旋流冷壁室综合性能达到最佳，燃烧效率为97.3%，总压损失系数为0.6%、OTDF为0.32。
　　增加空气中心射流以及改变相关参数提高燃烧效率的原因除克服了轴线处燃料难以和氧化剂混合的缺陷以外，还包括湍流强度的增强对燃料与空气掺混和传热的促进以及协同

4、角减小对换热性能的改善。壁面附近的协同角是影响旋流冷壁效果的重要因素，协同角越接近90°，越有利于获得较好的冷壁效果。射流速度的提高能进一步提高燃烧效率，但过大的射流速度会恶化冷壁效果，本文条件下该值为100m/s。燃烧效率随着射流孔径的增大而增高，而壁面附近的协同角随之减小；本文条件下射流孔径为燃烧室直径的7%时，旋流冷壁作用开始失效。
　　喷管伸入燃烧室可以提高燃烧效率，并改善冷壁效果。减小喷管直径利于提高燃烧效率，但会增加总