隨著科技水平的進(jìn)步,人們對(duì)微型動(dòng)力設(shè)備的需求增加,渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)也發(fā)展出一個(gè)向微小型化過渡的分支。燃燒室作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件,其設(shè)計(jì)和優(yōu)化往往具有繼承性和經(jīng)驗(yàn)性,設(shè)計(jì)方法也是試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合兩種方式的。作為渦輪機(jī)的部件,燃燒室在微型化的過程中面臨制霧水平低和駐留時(shí)間短兩個(gè)主要問題。因此本文從燃油霧化和蒸發(fā)兩方面出發(fā),對(duì)微型燃燒室內(nèi)燃油預(yù)混和燃燒過程進(jìn)行研究,本文的主要工作有:1、非預(yù)混燃燒前需要將燃油霧化成無數(shù)小液滴,從而加快燃料液態(tài)向氣態(tài)的轉(zhuǎn)變。本文首先通過編程求解球形液滴蒸發(fā)傳熱控制方程,對(duì)流動(dòng)氣流中液滴的非穩(wěn)態(tài)蒸發(fā)過程的傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行理論分析;根據(jù)現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)建模,對(duì)目前廣泛應(yīng)用的幾種傳熱傳質(zhì)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行校驗(yàn),并根據(jù)液滴表面蒸氣層相對(duì)厚度,擬合出了一種能反映移動(dòng)液滴在高溫強(qiáng)對(duì)流條件下蒸發(fā)的傳質(zhì)修正關(guān)系式,定量地對(duì)比了幾種關(guān)聯(lián)式在不同雷諾數(shù)、組分?jǐn)U散性下的差異。2、本文對(duì)某微型燃燒室中蒸發(fā)管的燃油蒸發(fā)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,研究了包括進(jìn)氣溫度_aT、氣油比AFR、管壁溫度_wT和空氣流速_aV四種因素對(duì)蒸發(fā)效率η_e的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:_aT和_aV是影響蒸發(fā)效率的兩個(gè)主要因素;蒸發(fā)管正常工況下表面油流大多處于膜態(tài)沸騰狀態(tài),當(dāng)氣油比減小到3時(shí),管內(nèi)兩相流型由膜態(tài)沸騰向過渡態(tài)沸騰轉(zhuǎn)變,該狀態(tài)下燃油與管壁的換熱效率最低。蒸發(fā)管數(shù)值仿真引入歐拉液膜模型(EWF),并通過自定義函數(shù)建立液滴碰壁飛濺模型。蒸發(fā)效率的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)相同趨勢,且與僅使用DPM模型的計(jì)算結(jié)果相比誤差明顯減小(誤差值在14%以內(nèi)),在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了進(jìn)口參數(shù)對(duì)燃油霧化和油膜生成的影響。3、隨后,為研究微型燃燒室供油裝置對(duì)燃燒室性能的影響,在某直徑為12厘米燃燒室的基礎(chǔ)上,計(jì)算分析了不同蒸發(fā)管構(gòu)型和分布數(shù)量下燃燒室的流場結(jié)構(gòu)、燃燒性能以及霧化蒸發(fā)效果。相比管型,管數(shù)對(duì)燃燒室性能的影響更大一些。增加蒸發(fā)管數(shù)量可改善燃燒室霧化性能、燃燒性能和小流量狀態(tài)下的貧油點(diǎn)火性能,但當(dāng)S_v _t/H_L減小至1后,出口截面性能參數(shù)基本保持不變。4、按照發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)的要求,使用經(jīng)驗(yàn)公式和一維計(jì)算方法對(duì)MTE171微型燃燒室的基本輪廓尺寸進(jìn)行估算,使用數(shù)值計(jì)算方法設(shè)計(jì)了三種不同壁面孔交錯(cuò)布置的燃燒室方案,燃燒效率均在95%以上滿足整機(jī)性能指標(biāo)。并通過Gasturb軟件得到各狀態(tài)下燃燒室的進(jìn)口條件,研究不同狀態(tài)下燃燒室性能的變化規(guī)律。最后對(duì)MTE171火焰筒壁面進(jìn)行冷卻優(yōu)化,采用半沖壓氣膜孔代替平直孔冷卻孔,設(shè)計(jì)狀態(tài)下壁面溫度分布得到明顯改善。氣膜孔分布參數(shù)Z/nS低于0.55的情況下冷卻效率均在70%以上。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V231.2
【部分圖文】：

第一章 緒論輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件之一，其功能是為發(fā)變?yōu)槿細(xì)獾臒崮�。隨著航空技術(shù)的發(fā)展 Engine, MTE）以其產(chǎn)能效率高，成本低應(yīng)用，圖 1.1 是目前廣泛采用的一種蒸發(fā)發(fā)展過程中，相比大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)主燃輪發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，燃燒室表面積與燃余氣系數(shù)工況下，燃燒反應(yīng)中的活性中心[1]；2）燃燒室長度短，不易安裝旋流裝駐留時(shí)間在 0.5ms 左右，與常規(guī)燃燒室相因此油氣的摻混和火焰的穩(wěn)定，都需要室不易采用復(fù)雜的燃油霧化裝置，而采般的空氣霧化噴嘴，產(chǎn)生的不完全燃燒

圖 1.2 炙熱表面液滴撞擊過程hwarz 等人[5]以水為介質(zhì)在環(huán)境溫度 314~449K/ s的條件下，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)①. Sh=2+0.6 其 中 =1-0.4(1-dT / T ) ③ . = Z (2/[0.3+0.7(1+mB )0.88]④. (1+mB )0.7= 2+0.87結(jié)果如圖 1.3 所示。(2) Downing 關(guān)聯(lián)式 (3) Chucho 關(guān)聯(lián)式 圖 1.3 傳質(zhì)關(guān)聯(lián)式校對(duì)o[6][7]等人在考慮了變物性的前提下研究了一前流環(huán)境、液滴坍塌、內(nèi)部環(huán)流、瞬態(tài)加熱等因距、尺寸比率和傳質(zhì)數(shù)分別提出了關(guān)于阻力系式。之后他們在先前工作的基礎(chǔ)上研究了前后

圖 1.2 炙熱表面液滴撞擊過程液滴蒸發(fā)方面，Schwarz 等人[5]以水為介質(zhì)在環(huán)境溫度 314~449K ，直徑為 0.7~2.3mm，環(huán)境流速在 0.5~1.7 m/ s的條件下，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)①. Sh=2+0.612Re13Sc ②. = G(2+0.612Re13Sc ) ； 其 中 =1-0.4(1-dT / T ) ③ . = Z (2+0.370.61Re0.51Sc ) ；=(s )/(s1 -Y)/[0.3+0.7(1+mB )0.88]④. (1+mB )0.7= 2+0.87 四種傳質(zhì)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)比結(jié)果如圖 1.3 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2829534