加力燃烧室振荡燃烧诱导因素研究

• 作 者: 孟爽
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 振荡燃烧 旋涡脱落 旋涡脱落频率 压力脉动

振荡燃烧是由于燃烧室内的燃烧过程与系统内部声压波动相互耦合而产生的自激振荡现象。振荡燃烧会对在稳定状态下工作的推进系统结构造成很大影响，甚至会造成发动机熄火，及系统部件的损伤和破坏。本文通过数值模拟和试验研究两种方法对旋涡脱落和振荡燃烧的相关机理作了初步研究，简单分析了燃烧室的声学特性，数值模拟了稳定器后的旋涡脱落过程以及振荡燃烧的过程。本文所开展的具体研究工作如下：1.设计了加力燃烧室的简化模型，并从理论上分析了燃烧室内的声学特性，计算了两端开口、两端封闭及一端开口一端封闭三种声学结构的前三阶声学固有频率。2.数值模拟了稳定器后的旋涡脱落过程。稳定器两侧的旋涡交替的产生、发展、壮大、脱落，完成了旋涡运动的一个周期。而通过计算可知，进气压力脉动及进气压力变化均能对旋涡脱落过程产生影响。另外对应不同阻塞比的火焰稳定器结构，其后方的旋涡脱落频率与稳定性也会不同。3.通过试验手段测得稳定器前后的压力脉动信号，试验结果表明进气速度及稳定器结构的变化能够对稳定器后的脉动压力产生影响。并得到了以下结论：（1）稳定器前的旋转阀工作能够驱动稳定器后方的压力脉动，并使脉动频率与其工作频率一致。（2）在试验中，风机本身的供气脉动频率也会对稳定器后的压力脉动产生影响，因此在试验中应予以注意。4.对模型燃烧室进行非定常燃烧的数值模拟，从计算得到的结果中能够看到振荡燃烧过程中火焰面发生周期性的抖动，并发现其振荡频率与稳定器后旋涡脱落的频率相一致。同时通过分析也证明了旋涡的周期性脱落能够驱动燃烧室中的放热脉动，放热脉动又会与声压脉动耦合，从而影响旋涡的脱落。这三个过程构成了不稳定燃烧的反馈过程，进而诱导燃烧室的自激振荡燃烧过程。