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1、中国航空学会第十三届燃烧与传热传质专业学术讨论会 C S A A 2 0 0 5 - P C - 0 0 6 模拟和全参数进口条件下 燃烧室性能试验研究 李概奇蒋荣伟 中国航空动力机械研究所( 4 1 2 0 0 2 ) 摘要：燃烧室试验是验证燃烧室设计台理性的最赢接和最重要手段，但燃烧室试验的准确 性和有效性与试验条件是否真实可箨密切相关本文首次对2 个全巧形燃烧室进行了模拟 条件和真实环境下燃烧室性自对比试验分析了进口试验参数对燃烧室性能的影嘀，为燃 烧室研制提供了宝贵的参考依据。 1 引言 众所周知，燃烧室试验是验证燃烧室设计合理性、掌握燃烧室内在规律的最直接 和最重要手段，但燃烧室试验
2、有效性又很大程度上受到试验结果测量准确性的影响。 删试系统的精确度、测点空间布局的台理性、燃气取样成份的代表性等因素都直接影 响燃烧试验准确性。除此之外，试验时燃烧室进口气流参数是否与压气机出口参数一 致也对燃烧室性能数据是否真实可靠起着举足轻重的作用。 受试验设备和气源能力限制，大多数发动机燃烧室试验采取模拟试验方法，即保 持燃烧室试验进口温度与设计要求一致在容积流量不变的条件下，通过降低燃烧室 进口空气沉量和压力，来进行燃烧室性能试验，这种方法虽然可咀节省大量试验成本 僵给试验结果的可靠性带来了一定程度上的负面影响。本文首次在燃烧室进口气流参 数模拟条件和全参数( 全流量、全压力、全温度)
3、 条件下，进行了2 种环形燃烧室性 能对比试验，获得了宝贵的试验数据， 2 试验件 A 型燃烧室为l ：1 的回流环形燃烧室，采用单油路离心喷嘴；B 型燃烧室为1 ：l 的直流环形燃烧室，采辟j 气动雾化喷嘴，2 种燃烧室都与整机上所用燃烧室结构相同。 3 试验设备和测量方法 试验在中压燃烧室性能试验器上进行。该试验器由进气系统、排气系统、加温系 统、换热系统供油系统、排气系统、冷却系统、消音系统等组成，采用间接加温方 式升温，可录取燃烧室燃烧效率、出口温度场、总压损失、火焰筒壁温等性能参数。 空气流量采用标准流量喷嘴测量，燃油流量采用涡轮流量计测量，压力用P S l 9 0 0 0 压力系统
4、测量，温度用双铂铑或镍铬一镍硅热电偶测量，铡量数据进入V X I 数采系统 进行处理。 进口温度由三支单点热电偶测量，总压由三支单点总压探针测量，静压由三点壁 面静压孔通过四通连接米测量。 燃烧室出口截面温度和压力的测量用专门设计的旋转位移机构实现。此机构在可 旋转1 2 0 度的转盘上分别安装三支热电偶耙( 每支五点) 及三支压力耙( 每支一点总 压、一点静压，两点用于燃气分析) ，旋转1 2 0 度可测取4 8 0 点温度、9 6 点总压和9 6 中国航空学会第十三届燃烧与传热传质专业学术讨论会 C S A A 2 0 0 5 P C 0 0 6 点静压。燃烧效率用燃气分析法测量。 4 试
5、验状态 设计点燃烧室全参数状态的进口空气总压、流量、总温分别为P m T ，模拟 状态时燃烧室进口参数按下列准则获得：P 。：常数 A 型和B 型燃烧室试验状态参数分别见表1 和表2 。 表IA 型燃烧室进口参数 进口流量进口压力进口浸度 序号状态油气比岛 K g s - 4 P a 全参数h T M 2 模拟08 嘶 08P m T ，o厶 3 模拟 0 6 06P T j o 厶 表2B 型燃烧室进口参数 进口流量进口压力进口温度 序号 状态油气比f 。 K g s M P a 1 全参数T 2模拟06 06 kT f u 3 模拟 0 3 8 O 3 8 T 5 试验结果 试验结果参见表
6、3 、表4 和图l 国4 ，其中n 表示燃烧效率，a 表示总压恢复系 数，O T D F 表示燃烧室出口周向温度分布系数，R T D F 表示燃烧室出口径向温度分布系数， T - m s x 表示火焰筒最高壁温( ) 。下标0 表示必全参数为基准值。 裹3A 型燃烧室性能 I 序号状态 a r D FR T D FT , m a x l ， 全参数0 r D RR T D F 日1 0 5 0 【。 模拟noa 。- 00 0 1O T D F o - 00 5R T D F 。一O0 0 3 l 。 模拟n 目 C to 一00 0 1 o r D R 加0 6R T D F 。9 5 0
7、袭4B 型燃烧宣性能 序号状态F R T D FT f m a X l全参数 O T D RR T D R 2 模拟 nn + O0 0 l口。+ 00 0 1 们DF 口 R T D F 。- 0 0 0 3 3 模拟 on + 00 0 1 O T D R 一00 l R T D F 。一O0 0 58 8 0 中国航空学会第十三届燃烧与传热传质专业学术讨论会 ! ! 丝! ! ! ：! ! ：竺1 4 中国航空学会第十三届燃烧与传热传质专业学术讨论会 C S A A 2 0 0 5 P C 0 0 6 中国航空学会第十三届燃烧与传热传质专业学术讨论会 C S A A 2 0 0 5 -
8、P C - 0 0 6 试验表明： 与模拟试验相比，当燃烧室在全参数条件下工作时t 燃烧宣燃烧效率、总压损 失几乎不变，燃烧室出口温度场有所恶化，燃烧室出口径向温度分布形状基本不 变。 火焰筒壁温与燃烧室进口参数关系密切。在全参数条件下，火焰筒屉高壁温的 分布区域和幅值均有明显变化。例如，模拟试验时A 型燃烧室最高壁温区域在 火焰筒内环主燃孔后面，在全参数试验时，最高壁温区域在火焰筒内环主燃孔 前方的头部区域。 与B 型直流燃烧室相比，A 型回流燃烧室躜口温度场对进口参数变化较为敏感， A 、B 两种燃烧室均有较好的燃烧室综合性能，达到国外同类燃烧室先进水平。 模拟状态和全参数状态下燃烧室性能
9、差别主要是燃烧室工作环境不同弓l 起的。 在全参数试验条件下，燃烧室工作压力较高，燃油压力较高，喷嘴流量较大，燃油流 速较快，喷嘴流量不均匀度有所增加，不利于燃烧室出口温度场t 但由于燃烧室容积 流量不变，燃油雾化质量较好，所以，燃烧室总压损失和燃烧效率基本不变。在全参 数条件下，燃烧室工作压力较高，辐射强烈，主燃区油气比更富，所以火焰筒头部壁 温增加。 由于A 型燃烧室采用离心喷嘴，B 型燃烧室采用气动喷嘴，离心喷嘴雾化特性受 油压影响程度大，所以A 型燃烧室出口温度场对燃烧室进口参数较为敏感，也侧面反 映了气动雾化喷嘴的优越性。 6 结论 与模拟状态相比，全参数条件下燃烧室燃烧效率、总压损
10、失基本不变。 在全参数条件下，燃烧室出口温度场有所恶化。 火焰筒壁温受到进口参数的较大影响，火焰简壁温试验应在全参数条件下进行。 采用气动喷嘴的燃烧室对进口参数变化敏感性较低。 为保证试验结果的可靠性，燃烧室性能试验应尽量在全参数条件下进行。 参考文献 【1 1 D e m e t r iEP ，T o p p i n gRF ，S t u d yo fR e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n tR e q u i r e m e n to fS m a l lG a s T u r b i n eC o m b u s t o r N A S AC R1 5 9 7 9 6 ，1 9 8 1 【2 】2 R i z kNK ，M o n g i aHC ，G a sT u r b i n eD e s i g nM e t h o d o l o g yA I A A8 6 1 5 1 3 1 9 8 5 【3 35 i j e r s k i RL ， n0 v 8 r vJ e wo fS o m eC o m b u s t i o nS y s t e mD e v e l o p m e n tP r o g r a m ，A I A A _ 9 8 3 2 6 7 1 9 9 8
