沈阳航空航天大学毕业设计（论文）
图4.3 掺混孔截面温度分布图
图4.4 补燃孔截面温度分布图
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某型航空发动机燃烧室性能数值模拟
图4.5 出口温度分布图
图4.1至图4.4分别示出最大状态下x=0截面的温度分布、主燃孔截面温度分布及掺混孔截面的温度分布图。由图可见，火焰筒内旋流器出口处温度较低，这是由于喷嘴喷出燃油后，燃油蒸发吸热造成的；之后温度逐渐升高，这是因为燃烧后的一部分高温混气在回流的作用下不断地把热量和活化分子传送给刚由燃料喷嘴和旋流器供来的燃料和空气，使其加热升温；随后在主燃孔轴向位置附近温度达到最高，这说明从内外环主燃孔进入的气流给主燃区提供了燃烧所需的氧气，使旋流器后面已蒸发但还未完全燃烧的燃油充分燃烧；然后高温区向火焰筒中心集中，温度有所下降；掺混孔过后温度沿主流方向开始逐渐降低，并在出口气流温度分布达到燃烧室后面燃气涡轮部件进口温度的要求。同时，从温度分布云图上还可以看出火焰筒内的燃烧情况。开始燃烧时火焰前锋处在回流区至顺流部分的某个区域内；在回流区尾部，火焰锋越来越向火焰筒中心处集中；在主燃孔附近，燃烧区扩大了，这是因为火焰筒内已经着火的高温气体有一部分到达主燃孔射流处还没有烧完，就和射流孔进入的新鲜空气混合，继续燃烧；到掺混孔后，燃油已经燃烧完毕，因为温度越来越低。
燃烧时火焰前锋在回流区与顺流区的过渡处，并且随着气流流动越来越向火焰筒中心处集中，在出口处达到较均匀的温度分布。
火焰的最高温度位于主燃孔的轴向位置。火焰筒头部存在回流区，并且由于主燃孔射流的作用使回流区截止在主燃孔附近，同时，由喷嘴喷出的液雾也分布在主燃区的火焰筒壁面附近，这样就在火焰筒的壁面与回流区的边缘附近形成可燃混气。在回
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流区与顺流区的过渡区内为气流速度与火焰传播速度相近的区域，此处点火稳定，因此火焰前锋就在这个区域内。
火焰温度在主燃孔附近达到最高温度后开始下降。掺混孔轴线与火焰筒中心线有一定的夹角。在火焰筒内已经着火的高温气体有一部分流向回流区，未燃烧完的混气和掺混孔进入的新鲜空气混合，继续燃烧，使燃烧区扩大到掺混区。在掺混孔之后，高温燃气温度逐渐降低，并相互混合均温，一直达到燃气导管，其出口平均温度达到1342K，有一部分区域温度高于1342K，最高温度为1820K。主燃孔截面温度分布对应三个旋流器及喷嘴有规律性分布，主燃区最高温度约为3034K，平均温度为1821K。
图4.3至图4.5示出主燃孔、掺混孔、补燃孔和出口截面的周向温度分布。可以看出，对应每个旋流器和喷嘴都有规律性温度分布，空气射流进入处相应为低温区，主燃孔截面中心温度为1600-1800K左右，在其周围有2200-2400K的更高温度区。在掺混孔截面，温度分布具有类似规律，但温度已较均匀。
图4.5示出的燃烧室出口温度场中，出口截面最高温度为1820K，平均温度为1342K，温度分布整体上比较均匀。叶根部为850-1100K，且沿径向占有近1/3的区域，叶尖部为950-1100K，这说明该火焰筒沿叶高温度分布比较合理。同时可以看出相对于燃油喷嘴，中间区温度高对应得较好。而喷嘴之间有低温区，良好地满足导向叶片的沿叶高温度分布的要求，这也是典型环形燃烧室特点。
4.3 速度场模拟结果及分析
模拟结果见图4.6至图4.10.
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某型航空发动机燃烧室性能数值模拟
图4.6 x=0截面的速度矢量图
图4.7 头部速度矢量图
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图4.8 主燃孔截面的速度矢量图
图4.9 掺混孔截面的速度矢量图
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