● 摘要
本文针对某小型发动机短环型回流燃烧室研制和实验中存在的问题：火焰筒头部局部过热，燃烧不稳定和出口温度分布系数偏高等主要问题，提出旋流杯的改进设计方案，开展了数值模拟和实验研究。通过数值模拟，基本确定了设计实验件的合理性与可行性，并且在多种方案的数值计算结果比较中，发现文氏管喉道直径、套筒扩张角角度、套筒内径，与文氏管混合段长度以及火焰筒结构对流场的影响较大。PDA实验测量得到的基准件流场与数值模拟得到的冷态流场基本吻合，火焰筒头部形成回流区，有利于稳定的燃烧，在火焰筒壁面有狭小的角回流区，但是没有出现贴壁流动，流场与浓度场能够很好地匹配，头部气流压降和供水压力的提高都能显著改善雾化的效果，但是供水压力的变化对流场影响不大，气流压降的增大能增强回流强度和轴向速度；改变一级旋流器斜切孔与Y轴角度 ，斜切孔之间的旋转角度 ，对流场的影响不大，减小文氏管喉道直径，回流区宽度明显变小，并且一级旋流数的增大使得雾化变好，但是通量分布变得集中，对燃烧不利；二级进气面积的增大没有给回流区带来明显的变化，但是过强的气流对雾化造成了不利的影响；套筒角度，内径以及长度的扩大，能有效提高回流区宽度和喷雾锥角，通量也趋于均匀分布，同时套筒内径，长度的增大，雾化也随之变好；对火焰筒结构的实验研究发现，火焰筒横截面某向长度存在一个临界值，使得回流区宽度最大，并且实验中不对称的横截面结构也造成了流场和喷雾场的不对称，通量分布与流场变化趋势一致，当火焰筒横截面由方形结构转变为不对称矩形结构时，液滴雾化效果变差。