航空发动机加力燃烧室湍流熄火机理及其预测方法研究

The study of the blow-off mechanism of afterburner is one of the core fundamental problems in current military aviation engine research and development process, which is conformed to the scientific goal of the major research project – “the basic research of turbulence combustion oriented engine”. At present, the research on afterburner blow-off problem is emphasized on engineering test and qualitative prediction by correlations. The deep understanding and effective prediction method of the blow-off phenomenon is lack. This project will carry out the turbulence and combustion interaction research under the blow-off and its nearby condition of high temperature, high speed and low oxygen concentration, on the basis of existing experimental data. The controlling mechanism of chemical reactions and turbulent flow on small scale mixing mechanism and others will be involved. The afterburner blow-off action mechanism and influence regularity from the transient turbulence structures, chemical reaction heat release rate, local flame strain, fuel air ratio, turbulence character time and chemical reaction character time and so on will be revealed. Combined with theoretical analysis, the afterburner blow off prediction method will be obtained and serviced in advanced aero-engine combustor design.

加力燃烧室熄火机理研究是当前军用航空发动机研制中的核心基础问题之一，符合“面向发动机的湍流燃烧基础研究”重大研究计划的总体科学目标。目前加力燃烧室熄火问题的研究偏重于工程实验和关系式的定性式预报，缺乏对熄火现象的深刻认识和有效的预测方法。本项目拟在已有实验数据基础上，开展高温高速低氧条件下熄火及其附近工况湍流和燃烧相互作用研究，涉及化学反应和湍流共同控制的小尺度混合机理等，以揭示瞬时湍流结构、化学反应释热率、局部火焰拉伸、油气比、湍流特征时间和化学反应特征时间等因素对加力燃烧室熄火的作用机制和影响规律，结合理论分析形成熄火预测方法，服务于先进航空发动机燃烧室设计。

项目的背景.航空发动机关系国防安全，是国之重器。航空发动机燃烧室中发生的三维两相湍流燃烧现象尚无统一普适的模型和模拟方法。湍流和化学反应及其相互作用是燃烧室模拟、性能预测和熄火预测的关键因素。加力燃烧室熄火机理及其预测方法的研究是当前军用航空发动机研制中的核心基础问题之一，符合“面向发动机的湍流燃烧基础研究”重大研究计划的总体科学目标。目前加力燃烧室熄火问题的研究偏重于工程实验和关系式的定性式预报，缺乏对熄火现象的深刻认识和有效的预测方法。.主要研究内容.本项目在已有实验数据基础上，开展熄火及其附近工况湍流和燃烧相互作用机制研究，涉及化学反应和湍流共同控制的小尺度混合机理等，构建新的湍流燃烧模型，以揭示瞬时湍流结构、化学反应释热率、局部火焰拉伸、湍流特征时间和化学反应特征时间等因素对燃烧室熄火的作用机制和影响规律，结合理论分析形成熄火预测方法。发展模型研发程序之后，采用射流、钝体、支板、模型燃烧室等算例的实验数据进行检验。.重要结果.发展了概率密度函数输运方程湍流燃烧模型、欧拉拉氏两相耦合模型以及相关模型、算法和程序；形成湍流火焰熄火预测模型和方法；获得2个软件著作权；发表和收录论文14篇，其中SCI收录论文2篇； .关键数据及其科学意义.某预混钝体的模拟首先表明化学机理在熄火问题上的重要性和敏感性，其次得到了熄火预测问题中湍流和化学反应及其相互作用的定量规律；最后得到了一种熄火预测模型和方法，使用钝体、支板、模型燃烧室等算例进行检验，符合实际。