旋流雾化喷嘴湍流燃烧场内的航空煤油碳烟生成机制研究

Soot formation is a complex problem in aero engine combustor. Currently, the mechanism of how turbulent combustion affects soot formation is still cloudy. However, with decades of engineering experience, it was found that there is a significant impact to soot formation from the characteristics of turbulent combustion flow field in combustor, especially at the recirculation zone near nozzles. This project plans to investigation the turbulent combustion flow field by a swirl nozzle. At first, the experimental study of the distribution of PAH (polycyclic aromatic hydrocarbon) and soot precursor in the flow flied, particularly in the recirculation zone, will be performed. After that, the pathway from aviation kerosene to soot and the transport process of soot particle can be reached combined with the information of spray flow field and final exhausted soot. At last, the soot formation mechanism of aviation kerosene in the turbulent combustion flow field by a swirl nozzle will be established.

航空发动燃烧室内的碳烟生成是一个很复杂的问题，目前燃烧室内湍流燃烧场特性对碳烟生成过程的影响机制仍不清晰。然而经过数十年的工程经验，我们发现燃烧室内尤其是喷嘴回流区处的湍流燃烧流场特性对燃烧室碳烟生成过程有较大影响。本课题计划针对最基础的旋流雾化喷嘴生成的湍流燃烧场，通过实验分析燃烧场中尤其近喷嘴区域内多环芳烃（PAH）及碳烟前驱体的分布，结合喷雾流场和燃烧生成的最终碳烟颗粒信息，得到航空煤油在旋流雾化喷嘴湍流燃烧场内生成碳烟颗粒的生成演变路径以及碳烟颗粒在其中的输运过程，从而探索航空煤油在旋流雾化喷嘴湍流燃烧场内的碳烟生成机制。

航空发动燃烧室内的碳烟生成是一个很复杂的问题，目前燃烧室内湍流燃烧场特性对碳烟生成过程的影响机制仍不清晰。然而经过数十年的工程经验，我们发现燃烧室内尤其是喷嘴回流区处的湍流燃烧流场特性对燃烧室碳烟生成过程有较大影响。本课题从简单层流扩散火焰出发，首先针对最基础的旋流雾化喷嘴生成的湍流燃烧场，通过实验分析自由射流与对冲层流扩散火焰中的碳烟基本形貌特征，得到一般层流扩散火焰内的碳烟生成机制；进一步的，通过实验研究模型燃烧室离心喷嘴火焰内尤其近喷嘴区域内多环芳烃（PAH）及碳烟前驱体的分布，结合喷雾流场和燃烧生成的最终碳烟颗粒信息，获得航空煤油在旋流雾化燃烧场内的碳烟形貌演变过程及运动状态；然后，利用实验获取的各种数据，通过航空煤油碳烟颗粒基本特性分析，从而提出包含碳烟前驱体生长的RP-3详细机理以提高对RP-3碳烟预测能力；最后通过与实验数据对比，此机理与实验结果符合良好。本项目得到的成果将为我国航空发动机排气冒烟问题的解决提供有效的支撑。