多斜孔壁火焰筒传热特性的数值研究

【摘要】：现代航空发动机的发展要求燃烧室具有高温升的特性,在油气比固定的条件下,必须增加燃烧用气量,在燃烧室进气量一定的条件下,这意味着冷却用气量不断减少,高温升与壁面冷却对冷气量的要求形成矛盾,因此迫切需要在火焰筒上采用新型高效的冷却技术。 本文将多斜孔壁冷却结构引入真实结构的燃烧室火焰筒中,在实际工作条件下,对常规气膜孔壁冷却结构的火焰筒燃烧室(燃烧室A)和四种斜排孔阵的多斜孔壁冷却结构的火焰筒燃烧室(燃烧室B:β=0,H=0.2P;燃烧室C:β=0,H=0.4P;燃烧室D:β=0,H=0.5P;燃烧室E:β=30o,H=0.5P)进行了研究。重点计算分析了多斜孔孔排布方式和掺混角的变化对多斜孔壁火焰筒的流场、压力场、油雾场、浓度场、温度场和壁面冷却效果的影响规律。 通过研究得出: (1)用多斜孔冷却代替常规气膜冷却后,火焰筒壁面温度控制在900-1300K之间,冷气流量降低了23%左右,总压恢复系数在0.94左右,出口温度分布不均匀系数在0.34-0.46之间。 (2)孔排布方式的变化对火焰筒传热特性有明显影响。下一排相对上一排的偏移量H=0.5P的多斜孔壁冷却结构燃烧室的流场、压力场分布比较均匀,总压恢复系数较大;火焰筒出口的温度分布不均匀系数较小;火焰筒壁面的温度分布呈一定的规律性,在冷气流量占总进气量22.7%的情况下,壁面总体温度保持在900-1160K之间,冷却效果好于H=0.2P和H=0.4P的燃烧室。 (3)孔掺混角的变化对火焰筒传热特性有一定的影响。掺混角β=30°的多斜孔壁冷却结构的燃烧室的流场、压力场分布比较均匀;火焰筒出口的温度分布不均匀系数较小;在冷气流量占总进气量23%的情况下,火焰筒壁面温度保持在900-1120K之间,冷却效果好于β=0的燃烧室;总压恢复系数略小于β=0的燃烧室。 多斜孔壁火焰筒冷却技术是一种新型复合高效的冷却技术,对于高性能航空发动机的研制具有重大的潜能应用价值。