1、航空模型論文物理模型論文航空發(fā)動機燃燒室模型熱聲耦合研究摘要航空發(fā)動機燃燒室為了降低的排放，采用較長結構的燃燒室這種燃燒室雖然降低了的排放，同時使燃燒室產(chǎn)生了燃燒噪聲。長時間高聲級的壓力脈動引起結構振動與疲勞，影響燃燒室的使用壽命，同時聲壓力對燃燒產(chǎn)生影響，造成燃燒不穩(wěn)定。研究航空發(fā)動機燃燒室模型熱聲耦合現(xiàn)象，介紹模型建立依據(jù)，通過FLUENT寸燃燒產(chǎn)生的溫度場和聲壓力場分析燃燒室熱聲耦合關系。分析結果對研究設備熱聲耦合有借鑒性。分析結果可應用于實際航空發(fā)動機燃燒室和地面燃氣輪機中。關鍵詞熱聲耦合；燃燒不穩(wěn)定；熱噪聲中圖分類號V1文獻標識碼A文章編號1674-6708(2010)30-0098

2、-010引言航空渦輪發(fā)動機燃燒噪聲早在70年代開始研究，但是熱聲耦合研究是一個復雜的過程，很難找出熱聲耦合之間的必然規(guī)律。本文嘗試結合試驗模型，使用FLUEN分析燃燒過程產(chǎn)生聲壓力情況。結合燃燒溫度場,尋找熱聲之間耦合關系。熱聲耦合的研究為燃燒噪聲及聲彈耦合研究打下基礎。1熱聲耦合現(xiàn)象燃燒是指燃料的氧化作用。燃燒并不是穩(wěn)定的，燃燒速度不斷的改變,產(chǎn)生脈動現(xiàn)象，脈動產(chǎn)生一個聲速度源，在燃燒室里產(chǎn)生聲域（通常叫做燃燒噪聲）。燃燒放熱速率有一個微小的變化，這個微小的變化會產(chǎn)生聲壓擾動。聲在燃燒室內(nèi)傳播，遇到壁面或不同介質(zhì)返回，反過來又影響燃料供應速度，使燃燒放熱速度變化。這樣燃燒放熱和壓力波動就互相

3、影響，當相位恰當時能互相激勵，構成正反饋回路。系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定，微小的擾動將在短時間內(nèi)被放大，隨后在非線性因素作用下建立起一定幅值和頻率的振蕩。這樣使燃燒熱和聲壓力二者之間形成耦合，即熱聲耦合現(xiàn)象。2模型建立燃燒室模型的建立是依據(jù)我院航空發(fā)動機燃燒室模型熱聲固耦合試驗裝置的實際尺寸制定的，通過有限元的分析結果與試驗測量結果進行比對，驗證軟件分析的正確性。試驗裝置整體結構如圖1所示。試驗裝置主要由三部分組成，燃燒部分、結構段部分、水冷卻部分，燃燒室尺寸為邊長150mn矩形結構,燃燒室的長度2.2m。試驗裝置設有內(nèi)外兩層結構，內(nèi)層燃燒空間，中間夾層作為冷卻。本文主要研究燃燒室的燃燒現(xiàn)象和燃燒產(chǎn)生聲壓

4、力的情況。燃燒室模型建模很簡單不再列出圖形3模型分析根據(jù)所給模型的尺寸進行建模，設計為預混燃燒，燃燒天然氣，預混溫度300,空氣當量比選為1.8，燃燒壓力0.15,產(chǎn)生200kW的熱釋放能量。經(jīng)過FLUENT計算出溫度場見圖2所示通過溫度場的圖形可以得出溫度場的燃燒是比較穩(wěn)定的，在燃燒初始段的溫度相對較低，當燃燒后段也就是燃燒充分穩(wěn)定部分對應的溫度很均勻，并相對較高。燃燒開始段的燃燒脈動較為激烈，可能會引起聲壓力的波動，該段可能會產(chǎn)生較大的聲壓力信號。后段溫度均勻很難有較大的脈動現(xiàn)象，固聲壓力也應該比較均勻。圖3所示聲壓力場圖，從圖中可以看出在燃燒開始段的兩邊的聲壓力最大,大概100多分貝，而在燃燒中段和末段的聲壓力要小一些，但是要比1.5m左右的聲壓力大。燃燒末端比前面的聲壓力大是因為燃燒末端燃燒熱氣流沖擊到避免產(chǎn)生漩渦，造成升壓,從而壓力較前端大，燃燒開始段也是由于燃燒物迅速進入燃燒室時，產(chǎn)生渦流所引起的。從上面兩個圖可以看出燃燒確實能產(chǎn)生聲壓力的變化，聲信號較大的地方多出現(xiàn)在熱氣流易產(chǎn)生漩渦的地方。4結論通過試驗裝置尺寸建立模型，對模型溫度場和聲壓力場