燃燒室液霧湍流邊界層回火機制及模型研究

《燃燒室液霧湍流邊界層回火機制及模型研究》是依託北京航空航天大學，由張弛擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：燃燒室液霧湍流邊界層回火機制及模型研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：張弛
• 項目類別：重大研究計畫

項目摘要

貧油預混預蒸發（LPP）燃燒是現階段國內外優先發展的低排放技術，但回火成為限制該燃燒技術進一步發展的瓶頸問題之一，需要發展相應的回火預測模型和規避方法。本項目基於航空發動機低排放燃燒室中橫向噴射液霧預混預蒸發特徵，對受限空間內液霧兩相湍流邊界層回火問題開展研究，建立湍流邊界層內的流動速度梯度和火焰拉伸率之間的定量關係，在拉伸熄火原理基礎上構建液霧湍流邊界層回火模型。並採用二元非均相流動反應器中的回火臨界條件實驗和數值模擬獲得的流動速度和燃料濃度分布數據，對回火模型進行驗證和改進，形成回火預測及規避設計方法。研究成果可用於預測和評估航空發動機燃燒室回火風險，支持民用航空發動機低排放燃燒室設計方法，使燃燒基礎研究成果更好地支撐實際工程套用。

結題摘要

貧油預混預蒸發（LPP）燃燒模式，套用於燃氣渦輪發動機中能夠大幅降低污染排放，但在燃料預混預蒸發過程中面臨回火的風險，特別是在增壓比不斷提高的民用渦扇航空發動機上面臨更大的可靠性問題。這類回火發生在非均相的連續流動受限空間內，涵蓋燃油噴射、破碎、霧化、蒸發、擴散、化學反應和旋渦流動等複雜物理和化學過程，受速度分布、火焰傳播速度、火焰拉伸率等基礎湍流燃燒特性的控制。針對航空發動機燃燒室中的回火現象，基於邊界層拉伸熄火與回火之間的關聯，建立起熄火拉伸率（燃燒性質）、火焰拉伸率（火焰狀態）以及流動速度梯度（湍流特徵）之間的關係，是構建液霧兩相流動湍流邊界層回火模型需要解決的關鍵科學問題。利用二元流動反應器湍流邊界層回火模型解決航發燃燒室回火問題，模擬橫向噴射液霧預混預蒸發特徵，開展液霧湍流回火機制分析及模型構建、液霧湍流回火臨界條件實驗以及數值模擬分析等研究，獲取二元流動反應器湍流邊界層流動速度分布特徵，探究了流場中流動自模區的邊界。利用截面上不同展向位置的速度分布數據，重構了該截面上的速度型分布曲面。掌握流動速度、速度梯度、脈動速度及湍流強度等流動分布特徵，從而建立了邊界層流動速度梯度與火焰拉伸率的定量關係以及基於火焰拉伸率平衡的液霧湍流邊界層回火模型。研究成果可用於預測和評估航空發動機燃燒室回火風險，支持民用航空發動機低排放燃燒室設計方法，使燃燒基礎研究成果更好地支撐實際工程套用。