9.2 燃烧室空气动力学
在燃烧室机匣内，头部端壁（含旋流器）和火焰筒壁面将燃烧室的流动分为两个部分，头部端壁、火焰筒以及机匣中的流动称为外部流动，而头部和火焰筒内部的流动称为内部流动。见图9-2-1所示。
外部流动的主要特征是扩压降速，并保证流动均匀，不发生分离，为内部流动提供良好的进气条件。内部流动分主燃区流动、掺混区和冷却壁面附近的流动。主燃区的流动是形成回流区，实现燃烧室的高性能燃烧，掺混区的流动主要是保证燃烧室出口温度分布符合发动机总体的性能要求。当然，出口温度分布与主燃区的流动也有很密切的关系。火焰筒壁面的流动主要是气膜流动，保证火焰筒壁面的高效冷却。
图9-2-1 燃烧室的内部流动和外部流动
9.2.1 扩压器流动
为了减小燃烧过程的压力损失以及缩短燃烧室的长度，从压气机出口的高速气流首先进入扩压器。通过扩压器将压气机出口高速空气流动的动压头尽可能大的恢复成静压，然后进入燃烧室火焰筒。目前高性能航空燃气轮机为了追求高的压缩性能，压气机的负荷很大，而且压气机出口空气的流速很高。目前典型的数据是压气机出口的动压头占来流总压的10％。扩压器的功能就是尽量的恢复该部分能量。否则，将导致燃烧过程中压力损失大，最终使得发动机的耗油率上升。
扩压器的性能要求如下：
a) 压力损失低；一般而言，扩压器的损失要小于压气机出口总压的2％；
b) 长度短；扩压器的长度应尽量短，减小发动机的长度和重量；
c) 前置扩压器中没有分离，除了在突扩区域中； d) 出口气流在周向和径向都均匀； e) 在所有工况下运行稳定； f) 对压气机出口流场变化不敏感。
1960年代后普遍采用全环形燃烧室设计，基本上配套采用突扩扩压器的设计。环形突扩扩压器协调了上述各种需求。见图9-2-2。
环形突扩扩压器具有结构简单，气动效率高，能够承受进口流动畸变及对加工误差不敏感的特点。
环形突扩扩压器由两部分组成，前置扩压器和突扩区域。从压气机出口到进入机匣之前的区域称为为前置扩压器，进入机匣后，与帽罩和机匣之间的通道形成突扩区域。
图9-2-2 现代燃烧室的环形突扩扩压器
前置扩压器
前置扩压器是一个简单的逐渐扩张的通道，在这个通道中，从压气机出来的空气流速逐渐减小，以尽可能大的将动压头转变成静压。在这个过程中，扩压器的效率是很重要的，任何的总压损失都将使发动机的总效率受到损失。在减速扩
压过程中，前置扩压器内的损失来源于两部分，一部分是摩擦损失，一部分是边界层分离导致的损失。
前置扩压器中的流动如图9-2-3所示.
从实验中观察到，随着扩张角和面积比的变化，将出现各种流动图谱。主要是：
a) 无明显分离，主流流动均匀扩压，未见从壁面脱离现象；
b) 大范围短暂分离，表现为分离区在位置、大小及强度随时间改变快，非常不稳定的流动；
c) 充分发展分离，扩压器中的主要部分充满了一个大的，类似三角形的回流区，从扩压器的出口到接近喉道位置。沿另外一面的主流流动贴壁的稳定流动。
d) 射流，主要流动从两侧壁面分开，从喉道下游开始就脱离了扩压器的壁面，再也不与壁面接触，形成两个稳定的旋涡。
图9-2-3 二元扩压器内的流动图谱
前置扩压器的性能参数主要是两项，扩压器的总效率以及总压损失。
扩压器的效率定义为实际的静压恢复与理论的静压恢复之比：
?d?CprCpi
?Pdp?Pt3.0?Pt3.1Pt3.0总压损失系数定义为：
Pt3.0
根据质量守恒方程,柏努利方程,推出总压损失系数为:
?PdpPt30??CPi?CPr?q30Pt30
实际上前置扩压器的总压损失代表了未恢复的动压头损失的数量。