题目：中心分级耦合燃烧基础研究

越来越严格的国际适航排放标准对民用航空发动机的环保性提出了更高的要求，尤其针对NOx的排放，而经济性要求进一步提高燃烧室的进口温度和压力，这给低排放燃烧技术的发展带来了更大的挑战。中心分级耦合燃烧技术由于引进了分区燃烧、贫油燃烧和预混燃烧的概念，具有巨大的降低NOx排放的潜力，但与常规燃烧室的单纯扩散燃烧模式有较大的差异。

为了深入的研究中心分级耦合燃烧模式的特性，本论文设计了一种中心分级耦合燃烧方案，并对其进行了数值和试验研究，包括流场特性、预燃级燃油雾化特性、点火特性、排放特性。主要研究内容包括：数值研究了中心分级耦合燃烧方案的流动机制，并考察了台阶高度、主燃级进出口压降分配、旋流强度、旋向对耦合流场的影响作用；试验研究了耦合流场中的预燃级燃油雾化特性，并对上述四个参数的影响作用进行了研究；试验研究了中心分级耦合燃烧方案点火位置对点火特性的影响，并考察了上述四个参数的影响作用；试验研究了中心分级耦合燃烧方案在预燃级单独燃烧和耦合燃烧模式下的排放特性，研究了进口参数对耦合燃烧NOx排放的影响作用；最后对中心分级耦合燃烧热力型NOx排放预估方法进行了研究，并分析了热力型NOx生成机理。主要研究结论如下：

数值模拟结果表明，耦合流场中，主预两级在上游保持自身的流动特性，相互之间影响很少，在下游区域，主燃级气流将预燃级流动特性湮没，对燃烧区的流动特性起主导作用；中心回流区是由预燃级部分气流回流形成，主燃级气流不会被卷吸进入该区域；台阶结构是形成台阶回流区的必要条件，影响其分布、大小；台阶高度、主燃级进出口压降分配、旋流强度对流场有明显影响作用，主燃级气流旋向的影响作用不大；台阶高度、主燃级旋流强度过大均会使冷态流场发生质的变化，前者过大会形成巨大的角涡区，将中心回流区压缩得很小，后者过大会形成两个独立的中心回流区；燃烧状态下，化学反应能明显地弱化气动、结构不同带来的流场差异，并会使最大回流的轴向位置向下游偏移10mm。

耦合流场中，主燃级气流在上游对预燃级燃油有进一步的雾化作用，但对燃油的扩散有一定的抑制作用，在下游能够使更大粒径的颗粒回流，并使燃油分布更加均匀；台阶高度越小，上游区域的燃油颗粒越大，下游区域颗粒越小；主燃级旋流强度越大，上游区域的燃油颗粒越大；主燃级进出口压降分配、旋向对燃油颗粒大小无显著影响；上述四种参数对燃油通量大小、分布影响均不显著。

对于中心分级耦合燃烧方案，超过一定的轴向距离后，点火位置越靠近下游，成功点火越困难；台阶高度越小、主燃级旋流强度越大，贫油点火边界越窄，主燃级进出口压降分配、气流旋向对点火特性影响不大；在燃油压差较小的情况下，燃油雾化质量对点火特性的影响起主要作用。

在预燃级单独燃烧模式下，减小台阶高度、增大主燃级气流出口压降分配比例、增大主燃级旋流强度均能使CO和UHC的排放增加、NOx排放降低；在耦合燃烧模式下，减小台阶高度，NOx排放将增加；改善主燃级燃油的雾化质量，可以显著降低NOx排放；进口压力、温度、燃烧当量比的增加将显著增加NOx排放；存在NOx排放最低的燃油分级比例。

对于中心分级耦合燃烧模式，选用部分预混燃烧模型，其中预燃级采用离散相，选用稳态小火焰模型，主燃级选用预混模型，设置为混合均匀的预混气，采用后处理的NOx模拟方法，并选用热力型生成机理，预估NOx的排放完全是可行的；主燃级油气混合均匀性越高，NOx的预估结果与试验结果的偏差越小；中心分级耦合燃烧模式下，NOx的生成主要受中心预燃级的扩散燃烧过程控制，生成区域与扩散火焰相对应，主燃级的贫油预混燃烧对NOx的生成无显著影响。