【摘要】：論文以航空發(fā)動機燃燒室火焰筒冷卻需求為依據(jù),針對航空發(fā)動機火焰筒內(nèi)外側(cè)壓差小的燃燒室火焰筒壁面冷卻及異型擾流層板-狹縫氣膜冷卻等問題展開研究。主要基于發(fā)動機燃燒室的真實工況,取環(huán)形燃燒室研究對象,對燃燒室火焰筒壁面進行傳統(tǒng)槽縫氣膜冷卻、多直孔氣膜冷卻及多斜孔氣膜冷卻三種冷卻結(jié)構(gòu)設計,對各個冷卻結(jié)構(gòu)燃燒室的燃燒、流動、傳熱進行三維模擬仿真,得出:多種冷卻結(jié)構(gòu)中,多直孔冷卻結(jié)構(gòu)和多斜孔冷卻結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)氣膜冷卻結(jié)構(gòu),其所需冷卻氣量下降高達34%;多斜孔冷卻結(jié)構(gòu)及多直孔冷卻結(jié)構(gòu)的火焰筒壁面溫度梯度與傳統(tǒng)槽縫氣膜冷卻結(jié)構(gòu)相比,有了大幅度的下降;與多直孔冷卻結(jié)構(gòu)相比,多斜孔冷卻方案其流阻更小,冷卻效率更高�；赥BCC火焰筒復雜熱載荷,探索新的冷卻方式,取火焰筒壁面的一個小的單元體,開展了異型擾流層板-狹縫氣膜冷卻結(jié)構(gòu)的流動傳熱特性研究。該異型擾流層板以三種擾流柱形狀、兩種擾流柱布置方式、三個沖擊孔直徑以及兩個冷氣出口傾斜角為設計要素,采用正交試驗設計方法設計9種異型擾流層板,通過數(shù)值模擬計算的方法掌握其流動傳熱特性。研究表明:該層板冷卻結(jié)構(gòu)前端沖擊冷卻區(qū)域的換熱較強;隨著流向距離的增加,擾流柱通道內(nèi)的換熱逐漸減弱;從層板冷卻結(jié)構(gòu)的絕熱氣膜冷卻效率來看,圓形擾流柱的最高,菱形擾流柱的次之,梅花形擾流柱的最低;同時,絕熱氣膜冷卻效率隨著進氣口直徑的增大而增大,并且30?冷氣出口傾斜角度的較45?時的高。
【圖文】：

如圖1.1 所示，它是由燃燒室機匣、擴壓器、旋流器、帽罩、擋濺盤、套筒、燃油噴嘴和火焰筒等部分組成的；在火焰筒壁面上分別開有若干個主燃孔、摻混孔以及氣膜孔。它的工作原理為：當發(fā)動機工作時，經(jīng)壓氣機增壓后的空氣經(jīng)突擴擴壓器減速增壓后分兩股氣流進入燃燒室。一部分空氣經(jīng)火焰筒頭部的氣膜孔和旋流器進入火焰筒，另一部分空氣進入燃燒室機匣和火焰筒之間的通道，通過火焰筒壁上的氣膜孔、主燃孔和摻混孔進入火焰筒。從頭部氣膜孔和旋流器進入火焰筒的空氣和主燃孔以及主燃孔前的氣膜孔進入的空氣直接參與燃燒；從主燃孔后火焰筒壁上的氣膜孔和摻混孔進入的空氣用來冷卻壁面和調(diào)整火焰筒出口的溫度分布。燃油通過噴霧裝置噴射進入燃燒室火焰筒內(nèi)，通過油霧汽化后與高溫高壓空氣發(fā)生劇烈的物理化學反應，產(chǎn)生很高的燃氣溫度，這使火焰筒壁面承受著很高的對流和輻射熱負荷，從而使壁溫升高，壁溫過高會導致火焰筒出現(xiàn)變形和損傷。

氣膜冷卻原理示意圖
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V231

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