LPP低污染燃烧室头部方案研究

作     者：朱嘉伟 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：颜应文

授予年度：2013年

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：贫油预混预蒸发(LPP) 低污染燃烧室 数值模拟 试验 燃烧性能 油雾场 冷态流场 主级 值班级 PIV 

摘      要：本文通过数值模拟和试验相结合的方法研究了贫油预混预蒸发（LPP）低污染燃烧室头部方案，其主要设计思想是通过分级供油和分区燃烧，降低燃烧室内燃烧区域的温度和减少高温区域范围，从而实现低NOX排放。LPP低污染燃烧室头部方案分为主级和值班级两部分，值班级燃烧属于扩散燃烧，起稳定点火源作用，但值班级燃油流量占整个燃油流量比例较少，因此局部高温区范围比较小。大部分燃油从主级多点燃油直接喷射孔中喷出，主级燃烧基本上属于贫油预混或半预混燃烧，实现贫油均匀燃烧，因此主级出口燃烧最高温度相对较低。通过值班级和主级两者相结合，从而实现既稳定燃烧又降低NOX排放的目的。 本文完成的研究内容主要包括三个方面： 1）对六个LPP低污染燃烧室头部方案分别进行了两相喷雾燃烧流场和燃烧性能的数值模拟，研究不同的主级轴向旋流角度对LPP燃烧室两相喷雾燃烧流场和燃烧性能的影响，数值计算结果表明：（1）随着主级旋流角度的增大，燃烧温度高于1950K区域面积的大小经历了一个由大变小，再变大的过程;（2）出口NOx质量分数的变化规律跟燃烧温度高于1950K区域面积大小的变化规律一致;（3）总体来说，C方案的燃烧性能和排放指标在六个头部方案中最优。 2）利用PIV测量技术，研究了不同工况和值班级喷嘴位置对单头部方案G的模型LPP燃烧室冷态流场和油雾场的影响，试验结果表明：（1）进口空气流量变化对旋流器后的气流速度分布形状、变化趋势和回流区形状基本无影响;（2）单开值班级喷嘴时，随着供油量增加，燃油雾化效果变差，不同的喷嘴位置对燃油雾化效果的差异逐渐减小;（3）单开主级喷嘴时，随着供油量增加，燃油雾化得到改善;（4）当主级和值班级喷嘴都打开时，保持油气比不变，随着主级供油量增加，值班级供油量的减少，燃油雾化质量有所提高，不同的值班级喷嘴位置对燃油雾化效果的差异逐渐减少。 3）对单头部方案H的模型LPP燃烧室进行了燃烧性能试验测量，获得了LPP燃烧室出口温度分布和压力损失系数，试验结果表明：（1）随着径向距离的增加，燃烧室出口温度径向分布比较差，还有待进一步研究;（2）火焰颜色为浅蓝色，燃烧比较好，基本符合LPP燃烧室设计要求。 本文所获得的研究成果可用于LPP低污染燃烧室头部方案筛选与优化，为我国民机低污染燃烧技术发展提供技术储备。