冷却孔结构对燃烧室性能和壁面冷却效果影响的数值模拟研究

摘要

为提高燃烧室出口温度分布均匀性并解决火焰筒前端壁面烧蚀问题，建立了带有多斜孔发散冷却结构的贫燃预混燃烧室三维模型，基于k-ω SST湍流模型、FGM燃烧模型、离散相模型及DO辐射模型等，模拟研究了冷却孔直径和角度对燃烧室性能及壁面冷却效果的影响规律。结果表明：当冷却孔直径从0.5 mm增大至1.0 mm时，出口温度分布系数从0.068增至0.438,径向温度分布系数从0.060增至0.419,燃烧效率从99.94%降低至99.25%;随着冷却孔直径的增大，燃烧室出口平均温度和燃烧效率不断降低，出口温度场分布逐渐恶化；当冷却孔角度为20°、40°和60°时，火焰筒前端受到高温旋流燃气直接冲击，冷却效果较差，而冷却空气在火焰筒中后段形成了发展光顺、厚度均匀的温度层，冷却效果较好；当冷却孔角度为90°时，垂直布置的冷却孔能够改善火焰筒前端高温旋流燃气冲刷壁面的问题，但火焰筒中后段的壁面冷却效果大幅恶化。该研究结果能够为贫燃预混燃烧室发散冷却结构的设计提供一定的参考。

关键词

冷却孔 / 燃烧性能 / 壁面冷却 / 数值模拟

基金资助

中国航空发动机集团产学研合作项目(HFZL2022CXY010); 国家自然科学基金资助项目(22308273)