航空发动机燃烧室点火模拟及特性研究

发布时间：2017-04-21 09:24

  本文关键词：航空发动机燃烧室点火模拟及特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：主燃烧室点火的可靠性及燃烧的稳定性是航空发动机的重要性能参数，准确预测燃烧室的点熄火性能对发动机的设计和工作具有重要意义。本文基于FLUENT商用软件，对燃烧室的点火过程及其特性进行了数值模拟研究。首先通过带蒸发管式火焰稳定器的模型燃烧室实验，综合校验数值模拟计算结果，以此确立合理的点火计算方法。在此基础上以单头部、多头部环形燃烧室为研究对象，进行三维两相稳态燃烧及点火过程的数值模拟，并针对燃烧室冷态流场分布、燃油浓度分布、温度分布及燃烧室贫油点熄火性能进行了一系列分析研究，主要成果包括： （1）以蒸发管式火焰稳定器模型燃烧室为研究对象，通过数值模拟研究了蒸发管式火焰稳定器在不同马赫数进口条件下的冷、热态流动特性，并采用燃油稳态逐次逼近法对模型燃烧室的贫油点熄火极限进行了预测，计算结果与实验结果进行了对比分析，以此来校验本文数值模拟所采用的计算方法。研究结果表明，通过燃油稳态逐次逼近法计算所得的燃烧室贫油熄火极限结果是合理的。 （2）建立了单头部环形燃烧室简化模型，根据一个起动固定状态点的进口条件，对燃烧室模型的冷态和热态流场进行了计算，获得了单头部燃烧室稳态流动特性及燃烧室贫油点熄火极限。在进行热态流场计算时，选取航空煤油合适的化学反应机理，并引入稳态层流小火焰模型与EDC燃烧模型进行对比分析。结果表明：采用多步反应机理计算所得的燃烧室各截面温度明显小于采用单步反应计算的结果；采用层流小火焰模型计算所得主燃区高温区域位置较EDC模型计算高温区域位置提前。 （3）在单头部燃烧室稳态燃烧模拟的基础上，以燃烧室冷态流场和油雾场结果作为点火过程的初值，采用固定高温热源点火的方式进行单头部点火过程的非稳态计算，分析了单头部点火过程中火焰传播性能。同时，根据单头部燃烧室结构和流动特点，建立三头部数值计算模型，进行多头部点火联焰过程动态模拟，分析点火过程中多头部联焰性能。结果表明，该数值计算方法可以较好的反应出主燃烧室点火的动态过程。 研究成果为燃烧室设计及工程应用提供理论依据和技术支持。
【关键词】：燃烧室 数值模拟 反应机理 点火过程 点熄火性能
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V233
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 课题研究背景14-15
• 1.2 国内外研究现状15-20
• 1.2.1 点火过程的研究15-17
• 1.2.2 点火性能参数的研究17-19
• 1.2.3 小结19-20
• 1.3 本文的研究内容20-21
• 第二章 航空发动机燃烧室点火模拟数值计算方法21-27
• 2.1 基本控制方程21-22
• 2.1.1 质量守恒方程21
• 2.1.2 动量守恒方程21
• 2.1.3 能量守恒方程21-22
• 2.1.4 组分守恒方程22
• 2.2 湍流模型22-23
• 2.2.1 Realizable k-ε模型22-23
• 2.2.2 近壁区的处理23
• 2.3 湍流燃烧模型23-25
• 2.3.1 涡团耗散概念模型（EDC）24
• 2.3.2 层流小火焰模型（Flamelets model）24-25
• 2.4 离散相模型25-26
• 2.4.1 油珠的运动方程25-26
• 2.4.2 油珠的加热与蒸发方程26
• 2.4.3 油珠的扩散模型26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 点火数值计算方法的实验验证27-42
• 3.1 稳定器模型燃烧室计算模型与计算方法27-28
• 3.1.1 计算模型与网格划分27-28
• 3.1.2 数值计算方法28
• 3.2 稳定器模型燃烧室数值模拟验证实验28-30
• 3.2.1 试验系统29-30
• 3.2.2 试验工况30
• 3.3 模型燃烧室点熄火极限的预测方法30-31
• 3.3.1 贫油熄火极限预测判据30-31
• 3.3.2 贫油点火极限预测判据31
• 3.4 计算与实验结果的比较分析31-41
• 3.4.1 流动结果及分析31-32
• 3.4.2 阻力特性分析32-33
• 3.4.3 浓度场结果及分析33-35
• 3.4.4 温度场结果及分析35-36
• 3.4.5 贫油熄火特性对比分析36-39
• 3.4.6 贫油点火特性对比分析39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 单头部环形燃烧室稳态燃烧模拟42-55
• 4.1 煤油替代物的选择42-43
• 4.2 几何模型及网格划分43-44
• 4.3 数值计算模型及求解方法44
• 4.4 单头部稳态燃烧模拟结果及分析44-54
• 4.4.1 冷态流场结果44-46
• 4.4.2 燃油浓度分布结果46-47
• 4.4.3 温度场结果47-51
• 4.4.4 贫油熄火极限分析51-52
• 4.4.5 贫油点火极限分析52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 环形燃烧室单头部点火及三头部联焰过程模拟55-64
• 5.1 数值计算模型与计算方法55-56
• 5.1.1 数值计算模型55
• 5.1.2 数值计算方法55-56
• 5.2 单头部动态点火过程模拟结果及分析56-59
• 5.3 三头部点火联焰过程模拟结果及分析59-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 本文总结64-65
• 6.2 下一步研究展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 在学期间的研究成果与发表的论文71-72
• 附录：16 组分 23 步化学反应机理72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 王慧汝;金捷;王静波;谈宁馨;李象远;;正癸烷燃烧机理及航空煤油点火延时动力学模拟[J];高等学校化学学报;2012年02期

2 林宇震;林培华;许全宏;刘高恩;;复合式收扩套筒空气雾化喷嘴燃烧室点火研究[J];航空动力学报;2007年03期

3 蔡文祥;赵坚行;胡好生;党新宪;武晓松;;燃烧室贫油熄火极限数值预测[J];航空动力学报;2010年07期

4 罗国良;宋双文;胡好生;彭剑勇;;旋流杯空气雾化喷嘴套筒出口形状对小型燃烧室点火性能的影响[J];航空动力学报;2011年08期

5 曾文;陈潇潇;刘静忱;马洪安;陈英涛;;一种航空煤油数值模拟替代燃料的化学反应简化机理[J];航空动力学报;2012年03期

6 张会强,陈兴隆,周力行,陈昌麟;湍流燃烧数值模拟研究的综述[J];力学进展;1999年04期

7 范学军;俞刚;;大庆RP-3航空煤油热物性分析[J];推进技术;2006年02期

  本文关键词：航空发动机燃烧室点火模拟及特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：320053