航空发动机加力燃烧室跨流气冷稳定器流场研究
第40卷第3期航空发动机
Vol.40No. 3航空发动机加力燃烧室跨流气冷稳定器流场研究
刘
涛1，张孝春1，徐兴平1，游庆江1，李江宁1，何小民2
（1. 中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015；2. 南京航空航天大学能源与动力学院，南京210016）
摘要：针对1种航空发动机加力燃烧室用引气冷却的跨流稳定器结构形式，采用标准k -ε 湍流模型数值模拟方法，对其流场结构进行了分析和研究，将数值计算结果与封闭风洞中PIV 流场测试结果进行了对比。结果表明：跨流气冷稳定器流场结构复杂，呈3维分布，环形稳定器后方的流场结构与普通钝体的类似，带后掠角的径向稳定器后方回流区与环形稳定器回流区互相耦合为整体，与沿环形稳定器展向的回流区形成高度一体的复杂回流区结构，形成稳定的低速区，起到良好的火焰稳定作用。
关键词：跨流气冷稳定器；航空发动机；加力燃烧室；PIV 测试；回流区；流场中图分类号：V231.2
文献标识码：A
doi ：10.13477/j.cnki.aeroengine.2014.03.006
Study on Flowfield of Air Cooled Flameholder for Aeroengine Afterburner
LIU Tao 1, ZHANG Xiao-chun 1, XU Xing-ping 1, YOU Qing-jiang 1, LI Jiang-ning 1, HE Xiao-min 2
( 1. AVIC Shenyang Engine Design and Research Institute, Shenyang 110015, China; 2. College of Energy and Power, Nanjing
University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China )
Abstract:Aiming at the air cooled flameholder structure of an aeroengine afterburner, the flowfield structure was analyzed by the standard k -ε tuebulence model, and the results were compared between the simulation calculation and the PIV measurement. The results show that the flowfield structure of air cooled flameholder is complicated, and the flowfield distributes with 3D structure. Flowfield structures of ring flameholder are similar as recirculation zones of V-gutter. Recirculation zones of radial flameholder with sweepback are coupled with ring flameholder. Recirculation zones of ring flameholder in spanwise form a huge integrated complex flowfield with recirculation of ring flameholder as low velocity zones, which stabilize the flame.
Key words:flameholder; aeroengine; afterburner; PIV measurement; recirculation zone ; flowfield
0引言
加力燃烧室的技术进步与火焰稳定器的发展密切相关。目前，高推重比发动机加力燃烧室进口温度已达到1200K 以上，接近了材料使用温度极限，需要引入冷却气体才能保证火焰稳定器可靠工作。钝体后流动研究已有上百年历史。1911年通过系统研究钝体绕流问题首次提出了“卡门涡街”理论，具有里程碑意义。Gerrard 和Coutancean 等对尾迹中涡街形成机制进行了理论和试验研究；Taylor 利用LDV 对圆盘和锥形稳定器的受限流进行了研究，探讨了回流区长度、宽度、速度场、脉动场、回流率等流场特征[2]；Raffoul 也利用LDV 对2维钝体稳定器近尾迹流进行
了测量，得到了速度场、脉动场的分布规律，并与计算结果进行对比[3-4]；张孝春、钱壬章等对中缝稳定器流场进行了理论和试验研究，对稳定器后方漩涡脱落尺度及脱落机理进行了系统研究[5-7]。这些研究都是基于钝体前方来流是均一流场而展开的，缺乏对引气后钝体后方流场形态的研究。
本文针对跨流气冷稳定器引气后流场结构，采用标准资-ε 湍流模型进行数值模拟与封闭风洞中PIV 方法进行对比研究。
1跨流气冷稳定器数值模拟
1.1
跨流气冷稳定器
在涡轮风扇发动机中，加力燃烧室进口分为内、
收稿日期：2013-03-10基金项目：航空动力基础研究项目资助
作者简介：刘涛（1982），男，硕士，工程师，从事航空发动机加力燃烧室设计工作；E-mail:[email protected]。
引用格式：[J].航空发动机，2014，40（3）:29-33.LIU Tao, ZHANG
Study on flowfield of air cooled flameholder for aeroengine afterburner[J].Aeroengine, 2014, 40（3）：29-33.