在旋转冲压发动机中,驻涡燃烧室工作于旋转冲压压缩转子产生的高压、高速进气条件下,其燃烧稳定性、燃料适应性、燃烧效率、排放性能等都急待研究。对驻涡燃烧室(Trapped Vortex Combustor,简称为TVC)几何参数和气动结构以及流场有细致而清晰的了解和认识,将有助于实现旋涡稳定火焰的思想。本文以优化TVC几何结构为目标,研究TVC的几何结构及其流场信息,从火焰稳定和旋涡稳定火焰对流场流动特性的影响出发,分析TVC的流场结构和性质。 首先,在驻涡腔无气体喷射时,采用定常方法研究中心钝体式TVC几何结构与尺寸、单钝体TVC的钝体结构形式、主流速度、钝体堵塞比,以及前、后钝体间距的影响。前钝体结构形式包括前钝体头部形状、流向长度和后端面形状;后钝体结构形式包括后钝体形状、宽度和流向长度。研究发现,67%的钝体堵塞比下可以获得最佳流场结构,TVC驻涡腔内的气体流动状况最有利于形成稳定的气流流动区域。此时,最佳钝体配置方式为前钝体为圆形头部,流向长度为前钝体宽度的50%,后端面采用中心凸起结构形式,而后钝体采用长方体结构形式,宽度为前钝体的73%,流向长度为15～20nm,前后钝体间距为前钝体宽度60%。 驻涡腔有气体喷射的TVC流场的研究也采用定常计算方法,分别研究了后钝体喷孔位置、喷孔直径、喷射速度、喷射角度的影响,以及设置喷射后钝体宽度与当量气动宽度之间的变化和依存关系。通过计算发现,前钝体喷孔最佳位置为前钝体后端面中心处,后钝体喷孔最佳位置位于最靠近主流的驻涡腔边缘处;最佳喷孔直径比例关系为前钝体喷孔为后钝体喷孔的3倍。前钝体喷射速度对驻涡腔流动影响较大,后钝体喷射角度为向驻涡腔内侧偏转70。时形成有利于稳定驻涡腔气流流动稳定的流动条件。 最后,进行无驻涡腔气体喷射和有驻涡腔气体喷射两种情况下的非定常计算,研究驻涡腔随时间进程的流动特性。结果表明：驻涡腔未设置喷射时,驻涡腔内存在一组稳定的旋涡,旋涡的均匀性和稳定性在驻涡腔设置气体喷射后得以加强。驻涡腔旋涡的稳定为形成和稳定将为燃烧条件下的值班火焰创造良好的驻留场所和形成良好的流动条件。设置驻涡腔气体喷射后,存在于主流与驻涡腔间的旋涡得以稳定驻留。驻涡腔无气体喷射设置时位于后钝体下游回流区的两个旋涡基本保持稳定,而设置驻涡气体腔喷射使两个基本稳定的旋涡经过两个周期旋涡脱落运动后,再次得以稳定。 本文建立的中心钝体式TVC的最佳结构形式及对驻涡腔内部流场气流流动的详细和深入地研究,将为TVC的燃烧条件下的研究和未来的实际应用奠定一定的基础。……
