● 摘要
燃气轮机燃烧室的一项主要需求是必须在较宽广的工作范围内保持稳定燃烧，尤其对于航空发动机来讲，有时必须工作在很低的温度和压力下，或者总体油气比在碳氢化合物和空气混合物的可燃极限以外。一般而言，燃烧室的稳定工作范围受到燃烧效率、出口温度、总压损失以及贫熄边界四个方面的限制。贫熄边界是燃烧室稳定工作范围的下边界，是发动机的最小稳定工作状态。
在航空发动机的运行过程中，慢车状态下的贫油熄火是十分重要的一点，这是因为发动机降工况是通过减油门实现的，转子由于惯性减速较慢，进而空气流量也就降低较慢，这就出现了燃烧室贫油工况。如果此时火焰稳定性不好，就会出现熄火，即所谓的空中熄火，属重大事故。因此在燃烧室的设计阶段，工程师需要对燃烧室的贫熄边界进行准确预估，为燃烧室的后续设计、改进提供合理依据。
Lefebvre贫熄预测模型中的燃油雾化项为理论推导项，在实际预测过程中热态场的SMD以及蒸发常数都难以准确获得，一般都以常熟带入计算，因此雾化项对贫油熄火预测的影响程度还需要进一步研究。本课题以胡斌、谢法的实验为基础，用气态燃料取代液态燃料进行贫油熄火实验。实验中通过一级旋流器、二级旋流器、主燃孔的不同组合得到9组不同的燃烧室结构。对于液态燃料燃烧室结构变化将对流场、雾化场产生影响，然而对于气态燃料雾化参数可以忽略，燃烧室结构变化仅仅影响燃烧室内的流场结构。将液态燃料和气态燃料的实验数据进行对比，进一步分析燃料雾化和流场对贫油熄火的影响趋势。另外，本文对以Lefebvre贫熄预测模型为基础，对FV模型的结构相进行了补充，提出针对气态燃料的结构相。
研究结果如下：1）气态燃料的FV模型中，结构相随参与燃烧的空气量fcomb的变化趋势与液态燃料略有不同，气态燃料的结构相存在一个极小值点；2)实验数据表明，对于气态燃料，气态结构相预测比液态结构相更加精准；3）气态燃料实验中，不同结构燃烧室的贫油熄火变化规律与液态燃料相同，表明液态燃料实验中，雾化对贫油熄火性能的影响很小；4）双径向旋流器结构中，分别减小一、二级旋流器进气量均有利于改善燃烧室贫熄性能，双轴向旋流器结构中，增大一级旋流器进气量对贫熄性能有力，结构变化对气量分配提出了不同要求；5）与Lefebvre贫熄预测模型相比，FV气态贫熄预测模型误差更小，可以控制在15%以内。