横向射流掺混特性预估方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种横向射流掺混特性预估方法及装置，其中，该方法包括：获取主流的物理参数、横向射流的初始物理参数和初始几何参数，以及目标预估平面的位置；基于主流的物理参数、横向射流的初始物理参数和初始几何参数，获取横向射流在每一中间预估平面的穿透中心的位置；基于横向射流在各中间预估平面的穿透中心的位置，获取横向射流的轨迹和横向射流在目标预估平面的穿透中心的坐标。本发明专利技术提供的横向射流掺混特性预估方法及装置，通过将横向射流的轨迹流动看作一系列相互不干涉的射流元素组成的定常流动，针对任一射流元素进行受力分析，基于拉格朗日递推算法进行递推，能够实现更高效、快速且较为准确地预测小流量横向射流的掺混特性。射流的掺混特性。射流的掺混特性。

【技术实现步骤摘要】
横向射流掺混特性预估方法及装置


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，尤其涉及一种横向射流掺混特性预估方法及装置。

技术介绍

[0002]高性能航空发动机技术的发展使得航空发动机一直向着高增压比和高涡轮进口温度(即燃烧室出口温度)的方向发展，这种发展趋势使得涡轮叶片的可靠性和耐久性受到影响。为了确保涡轮叶片能够安全可靠工作，要求主燃烧室的出口温度场热点不能太高且满足一定的分布特征，这需要对燃烧室出口温度分布具有精确预估、精心设计和精准调整的能力。因而，燃烧室出口温度分布调控成为燃烧室设计中重点发展的关键技术之一。
[0003]燃烧室的火焰筒分为燃烧区和掺混区，空气通过各组孔槽分别进入各区域。其中，掺混气与燃烧区生成的高温燃气掺混，调节出口温度分布。这种横向射流的掺混作用在燃烧室出口温度分布的调控中占据着重要地位。然而，伴随着军民用高性能发动机技术的发展，产生了高温升和低排放燃烧技术需求。这些先进的燃烧室技术，掺混气气量由传统的20％下降至10％以内。一般将这种掺混气比例小于10％的燃烧室，定义为低掺混空气燃烧室。
[0004]在低掺混空气燃烧室中，由于掺混气比例降低至小于10％，导致主流来流与横向射流的相互作用中，主流旋流占据主导作用，不可忽视。此时，速度场非均匀的旋流来流与横向射流的流动掺混并发生强烈的动量交换，从而对横向射流下游的流动状态造成显著的影响，进而使得燃烧室出口的温度分布相对于均匀来流时的情况发生变化。在这种情况下，燃烧室出口温度分布的调控，取决于头部非均匀旋流来流与小流量横向射流掺混的共同作用。因而，对于低掺混空气燃烧室，探究旋流来流条件下小流量横向射流的掺混特性十分重要。
[0005]目前的燃气轮机燃烧室从头部到出口，空气通过各组孔槽分别进入各功能区域，其中，掺混射流受到来自火焰筒的横向气流作用，其射流轨迹弯曲，并在横向气流的作用下，在射流下游产生一系列的涡系结构。对于燃烧室掺混段而言，掺混孔的横向射流流动特性影响着燃烧室掺混段的流场结构，进而与燃烧室出口温度分布有着不可忽视的联系。其中，能够体现横向射流掺混的重要特性包含横向射流的流动轨迹和射流穿透深度两个方面。
[0006]针对横向射流掺混特性的预估而言，目前常规的研究方法是从守恒方程组的角度出发，推导得到无量纲的控制方程组，并在特定情况下求得射流轨迹的精确解。这种方法在均匀来流条件下，由于主流形式简单，问题能够看作二维问题，且偏微分形式的基本控制方程组可以简化为常微分形式，从而通过积分求得解析解。然而，对于低掺混空气燃烧室中的小流量横向射流而言，需要考虑三维空间的动量变化情况，因而无法避免在三维问题中求解偏微分方程组解析解的工作，此类方法不再可行。
[0007]因此，如何对低掺混空气燃烧室中的小流量横向射流的掺混特性进行预估成为本
领域亟待解决的课题。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种横向射流掺混特性预估方法及装置，用以解决现有技术中无法对低掺混空气燃烧室中的小流量横向射流的特性进行预估的缺陷，实现对低掺混空气燃烧室中的小流量横向射流的特性进行预估。
[0009]本专利技术提供一种横向射流掺混特性预估方法，包括：
[0010]获取主流的物理参数、横向射流的初始物理参数和初始几何参数，以及目标预估平面的位置；
[0011]基于所述主流的物理参数、所述横向射流的初始物理参数和初始几何参数，获取所述横向射流在每一中间预估平面的穿透中心的位置；
[0012]基于所述横向射流在各所述中间预估平面的穿透中心的位置，获取所述横向射流的轨迹和所述横向射流在所述目标预估平面的穿透中心的坐标。
[0013]根据本专利技术提供的一种横向射流掺混特性预估方法，所述基于所述主流的物理参数、所述横向射流的初始物理参数和初始几何参数，获取所述横向射流在每一中间预估平面的穿透中心的位置，包括：
[0014]在所述横向射流在第k个所述中间预估平面的穿透中心的位置未到达所述目标预估平面的位置的情况下，基于所述主流的物理参数、所述横向射流在第k个所述中间预估平面的穿透中心的位置、所述横向射流包括的第k步射流元素的物理参数和几何参数，获取所述横向射流在第(k+1)个所述中间预估平面的穿透中心的位置。
[0015]根据本专利技术提供的一种横向射流掺混特性预估方法，所述基于所述主流的物理参数、所述横向射流在第k个所述中间预估平面的穿透中心的位置、所述横向射流包括的第k步射流元素的物理参数和几何参数，获取所述横向射流在第(k+1)个所述中间预估平面的穿透中心的位置，包括：
[0016]基于所述主流的物理参数、所述第k步射流元素的物理参数和几何参数，获取所述横向射流包括的第(k+1)步射流元素的物理参数和几何参数；
[0017]基于所述横向射流在第k个所述中间预估平面的穿透中心的位置和所述第(k+1)步射流元素的物理参数，获取所述横向射流在第(k+1)个所述中间预估平面的穿透中心的位置。
[0018]根据本专利技术提供的一种横向射流掺混特性预估方法，所述基于所述主流的物理参数、所述第k步射流元素的物理参数和几何参数，获取所述横向射流包括的第(k+1)步射流元素的物理参数和几何参数，包括：
[0019]基于所述主流的物理参数、所述第k步射流元素的物理参数和几何参数，获取所述第(k+1)步射流元素的质量和所述第k步射流元素的总动量增量；
[0020]基于所述第(k+1)步射流元素的质量、所述第k步射流元素的动量增量和所述第k步射流元素的速度，获取所述第(k+1)步射流元素的速度。
[0021]根据本专利技术提供的一种横向射流掺混特性预估方法，所述基于所述主流的物理参数、所述第k步射流元素的物理参数和几何参数，获取所述第(k+1)步射流元素的质量和所述第k步射流元素的总动量增量，包括：
[0022]基于所述主流的物理参数、所述第k步射流元素的物理参数和几何参数，获取所述第k步射流元素的第一动量增量、第一质量增量、第二动量增量和第二质量增量；
[0023]基于所述第k步射流元素的质量、所述第一质量增量和所述第二质量增量，获取所述第(k+1)步射流元素的质量，并基于所述第一动量增量和所述第二动量增量，获取所述第k步射流元素的总动量增量；
[0024]其中，所述第一动量增量和第一质量增量是所述横向射流的剪切卷吸产生的；所述第二动量增量和所述第二质量增量是所述横向射流的强迫卷吸产生的。
[0025]根据本专利技术提供的一种横向射流掺混特性预估方法，所述基于所述横向射流在第k个所述中间预估平面的穿透中心的位置和所述第(k+1)步射流元素的物理参数，获取所述横向射流在第(k+1)个所述中间预估平面的穿透中心的位置，包括：
[0026]基于所述横向射流在第k个所述中间预估平面的穿透中心的位置和所述第(k+1)步射流元素的速度，获取所述横向射流在第(k+1)个所述中间预估平面的穿透中心的位置。
[0027]本专利技术还提供一种横向射流掺混特性预估装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种横向射流掺混特性预估方法，其特征在于，包括：获取主流的物理参数、横向射流的初始物理参数和初始几何参数，以及目标预估平面的位置；基于所述主流的物理参数、所述横向射流的初始物理参数和初始几何参数，获取所述横向射流在每一中间预估平面的穿透中心的位置；基于所述横向射流在各所述中间预估平面的穿透中心的位置，获取所述横向射流的轨迹和所述横向射流在所述目标预估平面的穿透中心的坐标。2.根据权利要求1所述的横向射流掺混特性预估方法，其特征在于，所述基于所述主流的物理参数、所述横向射流的初始物理参数和初始几何参数，获取所述横向射流在每一中间预估平面的穿透中心的位置，包括：在所述横向射流在第k个所述中间预估平面的穿透中心的位置未到达所述目标预估平面的位置的情况下，基于所述主流的物理参数、所述横向射流在第k个所述中间预估平面的穿透中心的位置、所述横向射流包括的第k步射流元素的物理参数和几何参数，获取所述横向射流在第(k+1)个所述中间预估平面的穿透中心的位置。3.根据权利要求2所述的横向射流掺混特性预估方法，其特征在于，所述基于所述主流的物理参数、所述横向射流在第k个所述中间预估平面的穿透中心的位置、所述横向射流包括的第k步射流元素的物理参数和几何参数，获取所述横向射流在第(k+1)个所述中间预估平面的穿透中心的位置，包括：基于所述主流的物理参数、所述第k步射流元素的物理参数和几何参数，获取所述横向射流包括的第(k+1)步射流元素的物理参数和几何参数；基于所述横向射流在第k个所述中间预估平面的穿透中心的位置和所述第(k+1)步射流元素的物理参数，获取所述横向射流在第(k+1)个所述中间预估平面的穿透中心的位置。4.根据权利要求3所述的横向射流掺混特性预估方法，其特征在于，所述基于所述主流的物理参数、所述第k步射流元素的物理参数和几何参数，获取所述横向射流包括的第(k+1)步射流元素的物理参数和几何参数，包括：基于所述主流的物理参数、所述第k步射流元素的物理参数和几何参数，获取所述第(k+1)步射流元素的质量和所述第k步射流元素的总动量增量；基于所述第(k+1)步射流元素的质量、所述第k步射流元素的动量增量和所述第k步射流元素的速度，获取所述第(k+1)步射流元素的速度。5.根据权利要求4所述的横向射流掺混特性预估方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，杨懿，张世红，林宇震，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：