含氧量对加力燃烧室燃烧特性影响研究
摘要
含氧量对加力燃烧室的燃烧性能有着重要的影响。由于现代航空发动机主燃烧室
向高温升、高热容和高效率的方向发展，加力燃烧室将面临更低的来流含氧量，这将
导致加力燃烧室内的燃烧反应速率和火焰传播速度大幅减小，对航空发动机的高效、
稳定以及安全运行提出了挑战。因此，有必要开展含氧量对加力燃烧室性能的影响研
究，为实现贫氧条件下加力燃烧室的高效稳定燃烧提供参考。
本文以加力燃烧室为研究对象，采用稳态数值模拟方法研究了来流参数对燃油雾
化特性的影响规律，探究了不同来流参数下含氧量对燃烧性能的影响。在此基础上，
采用瞬态数值模拟方法研究了不同来流参数下含氧量对非定常燃烧特性的影响规律。
本文主要研究内容如下：
（1）确定了加力燃烧室中直射式喷嘴的喷射方式、喷嘴数量、孔径以及喷嘴出口
速度等参数，通过稳态数值模拟方法研究了来流速度、温度、压力以及含氧量对燃烧
室流场结构和喷雾特性的影响。结果表明，随着来流马赫数和工作压力增加，液滴穿
透深度增加，索泰尔平均直径（SauterMeanDiameter，SMD）减小，油气掺混更加均
匀。
（2）通过稳态数值模拟方法研究了不同来流速度、温度、压力下含氧量对加力燃
烧室热态场和各项性能参数的影响。结果表明，在来流参数一定的情况下，含氧量降
低会造成火焰温度减小，主反应区向燃烧室出口方向移动，燃烧效率降低。在含氧量
一定的情况下，随着来流马赫数的增加，燃烧室内释热强度增加；随着工作压力提高，
火焰放热更加均匀，燃烧效率提高；随着来流温度增加，回流区燃油浓度过高时可能
会造成燃烧效率降低。
（3）通过瞬态计算模拟方法研究了不同含氧量下旋涡脱落过程，分析了含氧量变
化对流动特性的影响机制。研究了不同来流参数下含氧量对涡结构、火焰形态、放热
脉动以及压力脉动等非定常燃烧特性的影响。研究发现，贝纳德-冯·卡门（Benard-
VonKarman，BVK）不稳定会造成火焰大幅度波动，导致放热脉动和压力脉动幅值增
加。来流马赫数、温度、压力以及含氧量对BVK不稳定性的影响是非线性的。
关键词：加力燃烧室；含氧量；喷雾特性；燃烧性能；非定常燃烧特性
含氧量对加力燃烧室燃烧特性影响研究
Abstract
Theoxygencontenthasasignificantimpactonthecombustionperformanceofthe
afterburner.Asthemaincombustionchambersofmodernaviationenginesaredeveloping
towardshightemperature,highheatcapacity,andhighefficiency,lowerinflowoxygencontent
oftheafterburnerwillbeachieved,whichwillleadtoasubstantialreductionincombustion
reactionrateandflamepropagationspeedintheafterburner.Thissituationposesachallengeto
theefficient,stable,andsafeoperationofaero-engines.Therefore,itisnecessarytostudythe
effectofoxygencontentontheperformanceoftheafterburner,toprovideareferenceforhigh-
efficientandstablecombustionwithverylittleoxygenintheafterburner.
Inthispaper,thesteady-statenumericalsimulationmethodisimplementedtoinv