[发明专利]横向射流掺混温度场预估方法及装置

说明书

本发明提供一种横向射流掺混温度场预估方法及装置，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，获取虚拟的均匀来流条件下，横向射流在目标预估平面的穿透中心的第一位置，并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，获取主流来流条件下，横向射流在目标预估平面的穿透中心的第二位置；基于第一位置和第二位置对第一温度模型进行修正，得到第二温度模型；基于第二温度模型，获取目标预估平面的温度场。本发明提供的横向射流掺混温度场预估方法及装置，能够更高效、快速地预测横向射流的掺混温度场。

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种横向射流掺混温度场预估方法及装置。

背景技术

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。

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。

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，横向射流掺混温度场的变化并进行调控十分重要。

现有的大多数横向射流掺混温度场的预估模型均是基于均匀主流条件完成的，将温度场的求解简化为一个二维问题，并且不考虑旋流带来的角动量作用等影响因素。这对于以往的常规燃烧室是可行的，因其横向射流掺混的流量相对较大，燃烧区在主燃孔射流作用下旋流也较弱，掺混射流受到燃烧区旋流的影响相对较小。但这种均匀主流的假设并不适用于未来的先进燃烧室，这种预估模型也很难用于先进燃烧室的工程设计和调试中。

因此，如何对低掺混空气燃烧室中的横向射流掺混温度场进行预估成为本领域亟待解决的课题。

发明内容

本发明提供一种横向射流掺混温度场预估方法及装置，用以解决现有技术中无法对低掺混空气燃烧室中横向射流掺混温度场进行预估的缺陷，实现对低掺混空气燃烧室中横向射流掺混温度场进行预估。

本发明提供一种横向射流掺混温度场预估方法，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，获取虚拟的均匀来流条件下，所述横向射流在所述目标预估平面的穿透中心的第一位置，并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，获取主流来流条件下，所述横向射流在所述目标预估平面的穿透中心的第二位置；

基于所述第一位置和所述第二位置对第一温度模型进行修正，得到第二温度模型；

基于所述第二温度模型，获取所述目标预估平面的温度场；