本文關鍵詞：雙旋流燃油燃燒特性的實驗研究與數(shù)值模擬

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【摘要】：為滿足現(xiàn)代航空發(fā)動機變工況運行特性,雙旋流燃燒器應運而生。但是目前對雙旋流器火焰結構的可視化研究較少。本文主要對雙旋流燃油燃燒器的火焰結構及燃燒特性進行了實驗研究和數(shù)值模擬。關注點主要在于探究當量比,雙旋流器內(nèi)葉片安裝角及雙旋流器內(nèi)外旋流器相對旋向對火焰結構及燃燒特性的影響,并試圖從流場結構入手分析產(chǎn)生這些影響的原因。實驗中采用平面激光誘導熒光(OH-PLIF)技術對火焰結構進行診斷,使用熱電偶及氣體分析儀對燃燒特性進行測量。在對火焰結構進行定量分析的過程中,本文定義了火焰發(fā)展軌跡曲線,火焰偏轉角,火焰起始偏角及火焰面積等四個定量參數(shù)。在數(shù)值計算部分,使用Fluent軟件對實驗工況下的燃燒過程進行數(shù)值模擬,并比照實驗結果對數(shù)值模擬結果的準確性進行分析。最后使用數(shù)值計算中得到的流場數(shù)據(jù),對雙旋流器燃油火焰的位置及形狀進行了分析。研究結果發(fā)現(xiàn):當量比和可以連續(xù)變化的雙旋流器幾何參數(shù)對火焰結構的影響都存在一個特征值,這些特征值將影響火焰結構的變量劃分為不同的區(qū)間,在每一個區(qū)間內(nèi),不同類別的變量對火焰結構的影響強弱不同;內(nèi)外旋流器的相對旋向對燃燒室出口溫度分布的不均勻性幾乎沒有影響,但同向雙旋流器的NO排放比反向雙旋流器低。內(nèi)旋流器葉片安裝角越大,NO排放越低,但其對燃燒室出口溫度分布沒有規(guī)律性影響。雙旋流器燃油火焰穩(wěn)定存在于流場中一個特定區(qū)域內(nèi),當量比會影響該區(qū)域的特點,在高當量比下,該區(qū)域內(nèi)徑向速度處于最小值,而在低當量比下,該區(qū)域內(nèi)切向速度處于最小值。
【關鍵詞】：雙旋流器 燃油燃燒 OH-PLIF 火焰結構 燃燒特性
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V231.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 研究背景13
• 1.2 旋流的特點13-15
• 1.2.1 渦流破碎14
• 1.2.2 旋流對燃燒的影響14-15
• 1.3 雙旋流器研究現(xiàn)狀15-23
• 1.3.1 雙旋流器的結構參數(shù)15-16
• 1.3.2 雙旋流器流場特性研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.3 雙旋流器霧化特性研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3.4 雙旋流器火焰結構研究現(xiàn)狀19-22
• 1.3.5 雙旋流器燃燒室性能研究現(xiàn)狀22-23
• 1.4 本文研究的意義23
• 1.5 本文主要的研究工作23-25
• 第二章 雙旋流器燃油火焰實驗裝置及測量系統(tǒng)25-38
• 2.1 噴嘴霧化特性實驗25-27
• 2.1.1 噴嘴霧化特性測量裝置25-26
• 2.1.2 噴嘴霧化特性測量方法26-27
• 2.2 雙旋流器燃油燃燒實驗系統(tǒng)27-35
• 2.2.1 實驗系統(tǒng)概述27-28
• 2.2.2 雙旋流器結構28-30
• 2.2.3 可視化燃燒室30-31
• 2.2.4 供氣系統(tǒng)31-32
• 2.2.5 燃油系統(tǒng)32
• 2.2.6 點火系統(tǒng)32-33
• 2.2.7 溫度測量系統(tǒng)33-34
• 2.2.8 排放測量34-35
• 2.3 平面激光誘導熒光（PLIF）系統(tǒng)35-37
• 2.3.1 PLIF測量原理35-36
• 2.3.2 PLIF系統(tǒng)構成36-37
• 2.4 本章小結37-38
• 第三章 雙旋流器燃燒實驗38-67
• 3.1 壓力霧化噴嘴性能測量38-43
• 3.1.1 壓力霧化噴嘴流量校核38-39
• 3.1.2 壓力霧化噴嘴霧化錐角校核39-40
• 3.1.3 壓力對噴嘴霧化粒徑的影響40-41
• 3.1.4 壓力對該噴嘴霧化液滴速度的影響41-43
• 3.2 燃燒實驗方案及工況43-44
• 3.3 火焰結構的定性分析44-48
• 3.3.1 當量比對火焰形狀的影響45-46
• 3.3.2 旋流器葉片安裝角對火焰形狀的影響46-47
• 3.3.3 內(nèi)外旋流器相對旋向對火焰形狀的影響47-48
• 3.4 火焰結構的定量分析48-62
• 3.4.1 火焰結構特征參數(shù)定義48-49
• 3.4.2 當量比對火焰結構的影響49-53
• 3.4.3 旋流器葉片安裝角對火焰結構的影響53-58
• 3.4.4 旋流器內(nèi)外旋向對火焰結構的影響58-62
• 3.5 燃燒室出口溫度分布及氣體成分結果分析62-66
• 3.5.1 燃燒室出口溫度分布變化規(guī)律62-64
• 3.5.2 燃燒室出口氣體成分變化規(guī)律64-66
• 3.6 本章小結66-67
• 第四章 雙旋流燃油燃燒的數(shù)值模擬67-84
• 4.1 計算模型的選取67-69
• 4.1.1 湍流模型的選取67-68
• 4.1.2 燃燒模型的選取68-69
• 4.1.3 離散相模型的選取69
• 4.2 射流源模擬準確性評估69-77
• 4.2.1 幾何模型的建立69-70
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分70
• 4.2.3 CFD模擬70-72
• 4.2.4 CFD結果及分析72-77
• 4.3 熱態(tài)模擬結果準確性評估77-83
• 4.3.1 幾何模型的建立77-78
• 4.3.2 網(wǎng)格的劃分及網(wǎng)格無關性驗證78-79
• 4.3.3 熱態(tài)計算結果的對比分析79-82
• 4.3.4 CFD計算結果分析82-83
• 4.4 本章小結83-84
• 第五章 雙旋流器燃油火焰結構模擬值與實驗值對比分析84-91
• 5.1 火焰位置與流場結構間關系84-86
• 5.2 火焰形狀與流場結構間關系86-89
• 5.3 本章小結89-91
• 第六章 結論與展望91-93
• 6.1 本文結論91-92
• 6.2 研究展望92-93
• 參考文獻93-97
• 致謝97-98
• 讀碩士期間發(fā)表論文98

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