李军,栗智宇,李志刚,张垲垣,宋立明

西安交通大学 能源与动力工程学院,西安 710049

高效率、低排放和高可靠性推动航空发动机燃烧室的燃烧技术和涡轮的气热设计水平不断进步,以满足日益严苛的生态环境和能源高效利用的要求。现代燃烧室采用富油燃烧-快速焠熄-贫油燃烧(Rich burn-Quick quench-Lean burn,RQL)技术降低了NOx排放；贫油预混技术采用旋流方法增强燃料和空气的掺混来保证连续燃烧过程和火焰稳定。先进燃烧技术的采用导致燃烧室出口表现为非均匀温度(热斑)、强旋流和高湍流度的非均匀气热参数分布的流动特征。燃烧室出口旋流的周向气流角和径向俯仰角最大达到约±50°；燃烧室内的旋流导致其出口湍流度最高达到40%左右。为了提高航空发动机的效率,涡轮进口温度持续升高,导致高压涡轮级的热负荷增大,需要采用约10%高压压气机抽气用于冷却高压涡轮级使其安全工作。燃烧室和涡轮交界面的非均匀气热参数分布特征显著影响高压涡轮级的气热性能并在冷却气量约束条件下给其冷却设计带来了挑战[1]。

燃烧室出口热斑、强旋流和高湍流度的气热参数分布特征直接影响下游高压涡轮级的滞止区分离线偏移和二次流与通道涡的涡系结构,同时热斑和旋流在涡轮叶栅通道中的迁移特性影响其气动损失、传热性能和冷却特性。此外,采用贫油预混燃烧技术的燃烧室内旋流器产生的旋涡核心迁移到涡轮级进口,结合较少……