题目：模型驻涡燃烧室稳焰机理及流动与燃烧性能研究

为适应高性能燃气轮机的发展需要，除了进一步挖掘传统旋流燃烧室的潜力外，有必要探索新的燃烧室技术。由美国提出的驻涡燃烧室因具有燃烧效率高、贫熄边界宽、高空再点火容易、NOx排放低等优点，受到广泛关注，目前国内外都在进行研究。本文采用理论分析、数值计算与实验研究相结合的方法针对这一新概念燃烧室的流动与燃烧性能及设计中的一些关键问题进行研究，并对驻涡燃烧室稳焰机理进行探讨。本文设计了与实际应用更接近的带扩压器、火焰筒与环腔通道的二元模型驻涡燃烧室试验器。利用PIV技术研究了驻涡燃烧室的凹腔冷态流场结构，探讨了来流速度、冷却进气、凹腔供油位置以及主燃区头部稳定器对凹腔内涡运动的影响，揭示了凹腔内的流动特点。实验表明：各方案在实验范围内的不同进口速度下，凹腔内都会形成一个稳定的驻涡，验证了所设计模型燃烧室凹腔基本几何尺寸的合理性。来流速度的变化对驻涡影响不大。凹腔供油位置不同将影响燃油在凹腔内的停留时间。主燃区头部稳定器及主流流路的变化对凹腔驻涡有重要影响。在模拟条件下，对模型驻涡燃烧室试验器的流动及燃烧性能进行了实验研究，探讨了不同火焰筒后段开孔、不同凹腔供油位置、不同来流速度及油气匹配对该试验器的燃烧效率、贫熄边界、总压损失以及初步的点火性能的影响。实验结果表明了该试验器具有较宽的贫熄边界（在Ma=0.35~0.45，T≈500K条件下，后供油方案贫熄油气比fB≤0.0018），并且在较高进口速度下（Ma=0.30~0.45，T≈500K）也能稳定燃烧。本文还对模型驻涡燃烧室的不同结构方案进行了相应的流动及燃烧的数值模拟，分析了模型驻涡燃烧室的流阻特性、各区流量分配情况。计算结果进一步解释了流动与燃烧实验中的现象及所得结论。同时通过二维、三维稳态与瞬态流场数值模拟，与实验结果对比，深入研究了凹腔驻涡的稳焰机理。并利用大涡模拟再现了凹腔内涡的运动过程，计算与PIV实验结果都表明了凹腔内形成的驻涡基本不会脱落，这是驻涡燃烧室能获得良好性能的一个重要因素。如果凹腔内有直接进气，则会促使凹腔内的涡产生局部的脱落，这种局部脱落不会影响凹腔驻涡的稳定性。主燃区稳定器对驻涡的局部脱落方式及脱落的周期有重要影响。最后，根据实验及数值计算结果对驻涡燃烧室设计中的两个关键因素：凹腔供油位置及主燃区头部设计进行了分析，提出了新的看法。本文的研究工作可为今后驻涡燃烧室的设计及进一步改进和发展提供有益的参考。