双旋流燃油燃烧特性的实验研究与数值模拟

发布时间：2017-08-02 21:15

  本文关键词：双旋流燃油燃烧特性的实验研究与数值模拟

  更多相关文章： 双旋流器 燃油燃烧 OH-PLIF 火焰结构 燃烧特性

【摘要】：为满足现代航空发动机变工况运行特性,双旋流燃烧器应运而生。但是目前对双旋流器火焰结构的可视化研究较少。本文主要对双旋流燃油燃烧器的火焰结构及燃烧特性进行了实验研究和数值模拟。关注点主要在于探究当量比,双旋流器内叶片安装角及双旋流器内外旋流器相对旋向对火焰结构及燃烧特性的影响,并试图从流场结构入手分析产生这些影响的原因。实验中采用平面激光诱导荧光(OH-PLIF)技术对火焰结构进行诊断,使用热电偶及气体分析仪对燃烧特性进行测量。在对火焰结构进行定量分析的过程中,本文定义了火焰发展轨迹曲线,火焰偏转角,火焰起始偏角及火焰面积等四个定量参数。在数值计算部分,使用Fluent软件对实验工况下的燃烧过程进行数值模拟,并比照实验结果对数值模拟结果的准确性进行分析。最后使用数值计算中得到的流场数据,对双旋流器燃油火焰的位置及形状进行了分析。研究结果发现:当量比和可以连续变化的双旋流器几何参数对火焰结构的影响都存在一个特征值,这些特征值将影响火焰结构的变量划分为不同的区间,在每一个区间内,不同类别的变量对火焰结构的影响强弱不同;内外旋流器的相对旋向对燃烧室出口温度分布的不均匀性几乎没有影响,但同向双旋流器的NO排放比反向双旋流器低。内旋流器叶片安装角越大,NO排放越低,但其对燃烧室出口温度分布没有规律性影响。双旋流器燃油火焰稳定存在于流场中一个特定区域内,当量比会影响该区域的特点,在高当量比下,该区域内径向速度处于最小值,而在低当量比下,该区域内切向速度处于最小值。
【关键词】：双旋流器 燃油燃烧 OH-PLIF 火焰结构 燃烧特性
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V231.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 研究背景13
• 1.2 旋流的特点13-15
• 1.2.1 涡流破碎14
• 1.2.2 旋流对燃烧的影响14-15
• 1.3 双旋流器研究现状15-23
• 1.3.1 双旋流器的结构参数15-16
• 1.3.2 双旋流器流场特性研究现状16-18
• 1.3.3 双旋流器雾化特性研究现状18-19
• 1.3.4 双旋流器火焰结构研究现状19-22
• 1.3.5 双旋流器燃烧室性能研究现状22-23
• 1.4 本文研究的意义23
• 1.5 本文主要的研究工作23-25
• 第二章 双旋流器燃油火焰实验装置及测量系统25-38
• 2.1 喷嘴雾化特性实验25-27
• 2.1.1 喷嘴雾化特性测量装置25-26
• 2.1.2 喷嘴雾化特性测量方法26-27
• 2.2 双旋流器燃油燃烧实验系统27-35
• 2.2.1 实验系统概述27-28
• 2.2.2 双旋流器结构28-30
• 2.2.3 可视化燃烧室30-31
• 2.2.4 供气系统31-32
• 2.2.5 燃油系统32
• 2.2.6 点火系统32-33
• 2.2.7 温度测量系统33-34
• 2.2.8 排放测量34-35
• 2.3 平面激光诱导荧光（PLIF）系统35-37
• 2.3.1 PLIF测量原理35-36
• 2.3.2 PLIF系统构成36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 双旋流器燃烧实验38-67
• 3.1 压力雾化喷嘴性能测量38-43
• 3.1.1 压力雾化喷嘴流量校核38-39
• 3.1.2 压力雾化喷嘴雾化锥角校核39-40
• 3.1.3 压力对喷嘴雾化粒径的影响40-41
• 3.1.4 压力对该喷嘴雾化液滴速度的影响41-43
• 3.2 燃烧实验方案及工况43-44
• 3.3 火焰结构的定性分析44-48
• 3.3.1 当量比对火焰形状的影响45-46
• 3.3.2 旋流器叶片安装角对火焰形状的影响46-47
• 3.3.3 内外旋流器相对旋向对火焰形状的影响47-48
• 3.4 火焰结构的定量分析48-62
• 3.4.1 火焰结构特征参数定义48-49
• 3.4.2 当量比对火焰结构的影响49-53
• 3.4.3 旋流器叶片安装角对火焰结构的影响53-58
• 3.4.4 旋流器内外旋向对火焰结构的影响58-62
• 3.5 燃烧室出口温度分布及气体成分结果分析62-66
• 3.5.1 燃烧室出口温度分布变化规律62-64
• 3.5.2 燃烧室出口气体成分变化规律64-66
• 3.6 本章小结66-67
• 第四章 双旋流燃油燃烧的数值模拟67-84
• 4.1 计算模型的选取67-69
• 4.1.1 湍流模型的选取67-68
• 4.1.2 燃烧模型的选取68-69
• 4.1.3 离散相模型的选取69
• 4.2 射流源模拟准确性评估69-77
• 4.2.1 几何模型的建立69-70
• 4.2.2 网格划分70
• 4.2.3 CFD模拟70-72
• 4.2.4 CFD结果及分析72-77
• 4.3 热态模拟结果准确性评估77-83
• 4.3.1 几何模型的建立77-78
• 4.3.2 网格的划分及网格无关性验证78-79
• 4.3.3 热态计算结果的对比分析79-82
• 4.3.4 CFD计算结果分析82-83
• 4.4 本章小结83-84
• 第五章 双旋流器燃油火焰结构模拟值与实验值对比分析84-91
• 5.1 火焰位置与流场结构间关系84-86
• 5.2 火焰形状与流场结构间关系86-89
• 5.3 本章小结89-91
• 第六章 结论与展望91-93
• 6.1 本文结论91-92
• 6.2 研究展望92-93
• 参考文献93-97
• 致谢97-98
• 读硕士期间发表论文98

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本文编号：611268