● 摘要
作为一种燃气轮机燃烧室的新概念，驻涡燃烧室（TVC：Trapped Vortex Combustor）以其低贫油熄火边界、低NOX排放、优秀的高空再点火能力等优点而受到广泛关注。不同于传统的旋流稳焰燃烧室，TVC采用凹腔结构稳定火焰，因此组织凹腔燃烧是该技术的关键所在。凹腔供油及进气情况对腔内涡的稳定性、局部当量比、混合及停留时间等均会产生影响, 因此研究凹腔供油方案及流量分配问题对研究驻涡燃烧室燃烧特性具有重要意义。本文设计了适合于TVC凹腔供油的蒸发管，并对其雾化性能进行了实验研究；设计了带二股气流通道的二元矩形模型驻涡燃烧室，并采用粒子成像测速仪（PIV：Particle Image Velocimetry）对凹腔冷态流场进行了实验研究，分析比较了不同主流速度下凹腔前墙供油及后墙供油方案的流场结构。在此基础上，采用数值模拟的方法进一步分析了来流速度、凹腔长高比、冷却孔宽、凹腔前后墙高比及油气掺混孔高度等因素对凹腔稳定性及主流和凹腔流量分配的影响。 研究结果表明，带二股气流通道的二元矩形模型驻涡燃烧室实现了一体引气，可望应用于未来高速状态下工作的燃烧室中；T型蒸发管的雾化效果较理想，是TVC供油的良好选择；凹腔后墙供油加强冷态流场涡稳定；获得了涡稳定及流量分配影响因素的影响规律。这些试验结果对即将进行的热态实验提供依据，并对将驻涡燃烧室进一步推向工程实用具有一定的指导意义。