南京航空航天大学硕士学位论文火焰稳定器后动态流场研究姓名：刘宜临申请学位级别：硕士专业：工程热物理指导教师：何小民20090101南京航空航天大学硕士学位论文摘要加力燃烧室火焰稳定器的火焰稳定性和燃烧效率除了依赖燃气浓度分布以外，很大程度上决定于钝体后流体的流动特性，目前，几乎所有关于燃烧稳定问题的分析都是从时均场角度进行分析的。
而火焰稳定器后的流场是一个典型的钝体绕流，这里面的二次回流，旋转破碎的现象十分明显。
了解稳定器后近尾迹瞬态流场的详细特性，对于认识燃烧现象的本质很有帮助。
本文先应用压力传感器对V型稳定器、双V稳定器、薄膜蒸发稳定器、吸入式稳定器、和各种不同槽宽和顶角的V型钝体在不同流速进行了涡脱落频率测量。
结果表明相同槽宽是决定漩涡脱落频率的唯一几何条件；随着来流速度的增大稳定器后漩涡脱落频率不断增大。
在动态频率测量的基础上，本文在利用高速摄影仪和流场显示技术，对以上各种稳定器后动态冷态流场进行了拍摄。
分析了各个稳定器的瞬态流场特点。
并和计算机仿真结果进行了对比和验证。
掌握了以上各种稳定器的动态流动特征并对其动态流动机理进行了分析，从非定常观点提出了稳定器稳焰机理。
本研究一方面为稳定器的设计提供参考和依据，另一方面对我们了解稳定器后近尾迹瞬态流场的详细特性具有极大的帮助。
研究为下一步开展火焰稳定器后动态燃烧场的研究奠定了基础。
关键词：火焰稳定器非定常冷态流场涡脱落火焰稳定器后动态流场研究AbstractBesides gas concentration distribution, the flame stability and combustion efficiency of flame holder also depend on flow behavior of blunt body and fluid. Nowadays, almost all of combustion stability analysis emphasize on time-averaged. However, the flow field behind flame holder is a typical flow around blunt body, and the rotation crush of secondary back-flow here is very clear. So to have a general understanding of detailed features in near-wake transient flow field behind flame holder is very helpful for us to know the essence of Combustion Phenomena.Pressure sensor is used to measure vortex shedding frequency at difference flow speed inV-gutter flame holder, double V-gutter flame holder, film evaporation flame holder, suction flame holder, and V-gutter blunt body with different gutter width and angles. It is showed that the same gutter width is the only geometric condition to determine vortex shedding frequency, and the vortex shedding frequency behind flame holder is increased by the increasing flow speed.Based on dynamic frequency measurement, using high-speed camera and the display technique for flow field, this article records the dynamic cold flow fields behind the mentioned flame holders, analyzes the features of transient flow fields, and also takes a comparison and verification with the results of computer simulation research. With the features of dynamic flows in the mentioned flame holder, as well as the analysis of dynamic flow mechanism, by taking instantaneous viewpoint, this article brings forward the flame stability mechanism in flame holder.As a reference for design of flame holder, this research is very helpful for us to have knowledge of detailed features in near-wake transient flow field behind flame holder, and also lays a good foundation for the further research of dynamic combustion field behind flame holder.Key words: flame holder, instantaneous, cold flow field, vortex shedding南京航空航天大学硕士学位论文图表清单图1.1 V型火焰稳定器示意图 (2)图1.2 缝隙V型火焰稳定器示意图 (3)图1.3 蒸发槽火焰稳定器示意图 (3)图1.4 薄膜蒸发1型火焰稳定器示意图 (4)图1.5 薄膜蒸发2型火焰稳定器示意图 (4)图1.6 沙丘驻涡稳定器示意图 (4)图1.7 尾缘吹气式火焰稳定器示意图 (5)图2.1 V型火焰稳定器示意图 (9)图2.2 缝隙V型火焰稳定器示意图 (10)图2.3 薄膜蒸发V型火焰稳定器示意图 (11)图2.4 V型吸入式稳定器实物图 (13)图2.5 薄膜蒸发吸入式稳定器实物图 (13)图2.6 V型钝体试验件 (14)图3.1 卡门涡街示意图 (15)图3.2 测量原理图 (16)图3.3 冷态流场特性试验设备示意图 (16)图3.4 压力传感器 (17)图3.5 载荷与输出关系 (17)图3.6 数字采集系统示意图 (17)图3.7 总静压探针示意图 (18)图3.8 未通入气体时测试系统的输出 (19)图3.9 测试系统的典型输出 (20)图3.10 V形稳定器不同速度下的涡脱落频域图。
(20)图3.11 St不同稳定器频率随速度的变化曲线 (21)图3.12 不同稳定器St随速度变化曲线 (22)图3.13 速度系数λ=0.3时V形稳定器和缝宽4mm的双V稳定器频域图对比 (22)图3.14 双层壁稳定器不同速度下的涡脱落频域图 (23)图3.15 不同顶角的钝体在速度为λ=0.1时候的频率特性图 (23)图3.16 λ=0.1时，槽宽变化时的频率特性图 (24)图3.17 频率随速度变化的曲线 (25)图3.18 频率随槽宽变化的曲线 (25)图3.19 测量不到特征频率时的典型频域图 (25)图4.1 试验示意图 (26)图4.2 气体微图案的旋转变化 (27)图4.3 V型稳定器动态流场拍摄变化图 (30)图4.4 槽宽55mm顶角30º和顶角180º钝体流场对比 (31)图4.5 槽宽35mm顶角30度V形态........................................................错误！未定义书签。
火焰稳定器后动态流场研究图4.6 缝宽为4mm的双V型稳定器的动态流动过程 (33)图4.7 缝宽为2mm的双V型稳定器的动态流动过程 (33)图4.8 缝宽2mm和缝宽4mm的双V型稳定器低速区卷吸能力对比 (34)图4.9 薄膜蒸发稳定器动态流动特性 (35)图4.10 槽宽为35mm的V型吸入式稳定器动态流动过程 (37)图4.11 薄膜蒸发吸入式稳定器流动状态 (37)图4.12 沙丘火焰稳定器 (38)图5.1 V型稳定器动态流动过程 (41)图5.2 双V型稳定器动态流场 (43)图5.3 薄膜蒸发稳定器动态流场 (43)图5.4 V型吸入式稳定器动态流动 (45)图5.5 薄膜蒸发吸入式稳定器动态流场 (46)表2.1 缝隙V型稳定器尺寸表（单位:mm） (11)表2.2 达式薄膜蒸发V型火焰稳定器尺寸表（单位:mm） (12)表3.1 试验结果数据表 (21)表3.2 试验数据表 (24)表5.1 漩涡脱落频率和来流动速度 (47)注释表 符号 意义ε 阻塞比W 槽宽α 顶角St 斯特劳哈数λ 速度系数T 温度P 气压Q 流量F 脱落频率B 进气环宽度r 原始沙堆角 δ 夹缝宽u ，v ，w 笛卡尔儿坐标系x ，y ，z 方向速度eff η 湍流有效粘性系数εµεεσσ,,,,21k c c c 湍流模型常数k G 湍动能产生项H 稳定器高度L 沙丘驻涡稳定器长度t 时间U 电压ϕ 原始沙堆安息角θ 沙丘后坡角承诺书本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进的研究工作及取得的研究成果。
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作者签名：日期：第一章绪论1.1 引言采用加力燃烧室增加发动机推力研究的报告早在1939年就发表了，直到20世纪40年代末期才开始使用加力燃烧室，至今已经历了50多年的发展历程。
加力燃烧室在军用飞机上获得了广泛的应用并占有重要地位，它可使涡喷发动机加力比达到40%～50%,使涡扇发动机加力比达到60%～70%甚至更高。