论文部分内容阅读
涡轮叶间超紧凑燃烧室作为一种新型燃烧室,以其结构紧凑,燃烧效率高,压力损失小的特点应用于燃气涡轮发动机。本文在已有研究的基础之上,设计了涡轮叶间燃烧室的试验件模型(Turbine inter-Blade Burner with 3 Cavities,简称TIB-3C)以及与之配套的试验系统,进行了初步的验证性试验测量,并且利用CFD软件FLUENT对试验件简化模型进行数值模拟,探究流量分配与操作压力对燃烧室性能的影响。此外,本文针对不同结构的主燃(Main Combustor,MC)-涡轮叶间补燃(Turbine inter-Blade Burner,TIB)一体化燃烧室(简称MC-TIB)进行了数值模拟分析,主要研究了燃烧环长宽比以及燃烧环射流角对主燃-涡轮叶间补燃一体化燃烧室性能的影响。本文首先研究了燃烧工况对涡轮叶间超紧凑燃烧室(TIB-3C)的影响,发现:(1)在总流量保持不变的条件下,适当提高二次流流量,有利于提高出口速度,改善出口温度分布,提高燃烧效率,降低出口污染物污染物NOx、CO以及UHC的排放,并且在较高二次流流量工况下,出口径向平均温度分布较理想,有利于燃烧室的设计;(2)适当的增加燃烧室的操作压力有利于总压损失的减少,提高燃烧效率,提高出口温度,减少污染物CO以及UHC的排放。随后,本文对涡轮叶间超紧凑燃烧室TIB-3C模型进行了试验件的设计,并且进行了以验证性为目的的初步试验,试验成果包括:(1)设计了燃烧环射流角度组合45°&55、燃烧环长宽比0.6、涡轮导向器采用带凹槽的弯曲叶片、加入了预旋叶片的涡轮叶间超紧凑燃烧室试验件(TIB-3C)模型;(2)设计了针对涡轮叶间超紧凑燃烧室试验件(TIB-3C)的试验系统(3)保持总流量不变,减少主流流量,增加二次流流量,会导致总压损失增大,并且与数值模拟计算的结果对比发现,相对误差在10%左右,二者吻合较好。(4)涡轮导向器叶片温度分布的试验数据与数值模拟相比,相对误差在18%左右,试验得出的结论与数值计算的结果吻合较好。最后,本文对不同结构的主燃-涡轮叶间补燃一体化燃烧室(MC-TIB)燃烧室进行了数值模拟研究,研究表明:(1)MC-TIB的燃烧环长宽比直接影响了补燃室中燃烧反应的空间尺度,对燃烧特性产生直接的影响,提高燃烧环长宽比,有利于提高出口速度,改善出口速度分布,增加出口温度,减少压力损失;降低燃烧环长宽比,有利于强化主次流掺混,改善温度分布,降低污染物NOx以及UHC排放;(2)MC-TIB燃烧室的燃烧环射流角度直接影响燃烧环内流体的流场分布,对燃烧性能造成影响,适当的增大射流角度,有利于提高出口速度,改善速度分布,减少UHC排放;减小射流角度,有利于提高出口温度,改善出口温度分布,降低NOx污染物排放;射流角度的改变对压力损失的影响较小。