蔡志斌，李建中，唐文彬，湯朝偉，金 武

（1.中國航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所，株洲 412002；2.南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院，南京 210016）

不同類型航空器對發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室工作性能的要求側(cè)重有所不同，對于小型渦扇，渦軸和渦噴航空發(fā)動(dòng)機(jī)，為了充分利用空間，縮短軸距，常常采用回流燃燒室。但擴(kuò)壓器來流使回流燃燒室火焰筒進(jìn)氣的流動(dòng)匹配較難，易出現(xiàn)積碳、冷卻困難等一系列問題［1］，仍有一定的局限性。對此，為了更好地掌握了解回流燃燒室性能，國內(nèi)外學(xué)者對回流燃燒室進(jìn)行了大量研究。梁志鵬等［2］為了研究進(jìn)氣畸變對回流燃燒室的影響，通過試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣畸變會(huì)導(dǎo)致燃燒室出口溫度分布變差，出口溫度分布系數(shù)會(huì)明顯增加。而文獻(xiàn)［3］開展了旋流強(qiáng)度對全環(huán)回流燃燒室影響實(shí)驗(yàn)，研究表明：增加旋流強(qiáng)度能改善燃燒室出口切向速度的均勻性。文獻(xiàn)［4］發(fā)現(xiàn)燃燒室中心回流區(qū)長度隨著旋流數(shù)的增加而增加。隨著計(jì)算燃燒學(xué)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的逐漸提升，使得數(shù)值模擬研究參與燃燒室設(shè)計(jì)變得更加可行。李概奇等［5］采 用k-ε湍 流 模 型 對 某 型 回 流 燃 燒 室 進(jìn) 行 數(shù)值模擬計(jì)算，結(jié)果表明，燃燒室的流場與油霧分布之間存在良好匹配。Shojaeefard 等［6］通過對回流燃燃燒室內(nèi)部流動(dòng)的三維數(shù)值模擬計(jì)算，對比了標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型和雷諾應(yīng)力湍流模型，計(jì)算結(jié)果表明，數(shù)值模擬的流量特性與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。Lu 等［7］對比了不同機(jī)理對回流燃燒室流場結(jié)構(gòu)，燃燒組織以及溫度分布的影響，發(fā)現(xiàn)在不同的反應(yīng)機(jī)理下，速度場與溫度場之間有著很好的匹配，射流穿透深度和溫度具有相似性。燃燒室點(diǎn)熄火性能直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作的安全性和可靠性，為了適應(yīng)不同環(huán)境下的正常啟動(dòng)，要求燃燒室具有更好的點(diǎn)熄火穩(wěn)定工作范圍。盡管國內(nèi)外對燃燒室的點(diǎn)熄火特性開展了一系列研究，但對于回流燃燒室的相關(guān)研究仍舊有限。

王曉峰等［8］研究了不同主燃孔位置對回流燃燒室點(diǎn)火熄火性能的影響規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著主燃孔位置向下游移動(dòng)，燃燒室的貧油點(diǎn)火、熄火邊界變寬，點(diǎn)火熄火性能得到改善。史家榮［9］得出相同結(jié)論，主燃區(qū)增大，點(diǎn)火更容易，燃燒穩(wěn)定性能提升。在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，楊謙等［10］對回流燃燒室的低壓點(diǎn)火性能進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：點(diǎn)火邊界的油氣比先減小后升高，而對齊主燃孔的火焰筒方案的低壓點(diǎn)火性能優(yōu)于交錯(cuò)主燃孔。中科院工程熱物理研究所團(tuán)隊(duì)［11-13］針對多級(jí)旋流燃燒室，開展了不同的旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)影響燃燒室點(diǎn)熄火性能試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，預(yù)燃級(jí)內(nèi)級(jí)有旋方案的點(diǎn)/熄火性能優(yōu)于無旋方案，對于具有預(yù)燃級(jí)的分級(jí)燃燒室，減弱一級(jí)旋流強(qiáng)度、增強(qiáng)二級(jí)旋流強(qiáng)度能提高燃燒室的點(diǎn)熄火性能，相比于無旋方案，有旋方案能明顯拓寬燃燒室點(diǎn)熄火邊界。

在國 外，Santiago 等［14］詳細(xì)研究了燃燒室的點(diǎn)火機(jī)理，通過對火核運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析，研究發(fā)現(xiàn)，電火花的位置決定了燃燒室的點(diǎn)熄火性能。文獻(xiàn)［15-16］同樣發(fā)現(xiàn)，火核的運(yùn)動(dòng)軌跡很大程度上取決于回流區(qū)內(nèi)的火花位置。Sitte 等[17]發(fā)現(xiàn)在燃燒室中，成功的點(diǎn)火與火核向上游移動(dòng)有關(guān)。文獻(xiàn)[18]發(fā)現(xiàn)燃燒室回流區(qū)是火核發(fā)展過程中的必要條件，位于化學(xué)當(dāng)量比的點(diǎn)火位置能穩(wěn)定點(diǎn)火。Wetzel 等［19］則指出加入熱損失計(jì)算對燃燒室的熄火極限預(yù)測更加具有說服力。Esclapez 等［20］針對RQL 的熄火過程進(jìn)行數(shù)值研究，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，燃燒室熄火時(shí)會(huì)存在擴(kuò)散燃燒區(qū)以及預(yù)混燃燒區(qū)域。文獻(xiàn)［21-23］通過火焰增厚模型對某回流全環(huán)燃燒室點(diǎn)火性能進(jìn)行了數(shù)值和試驗(yàn)研究，總結(jié)了火焰在環(huán)形燃燒室內(nèi)的傳播的3 個(gè)階段，即火核形成階段、點(diǎn)火階段和聯(lián)焰階段，但由于點(diǎn)火模擬通過高溫源代替點(diǎn)火器進(jìn)行計(jì)算，使得數(shù)值與試驗(yàn)結(jié)果存在較大的誤差。Qiao 等［24］通過大渦模擬探究單頭部燃燒室的點(diǎn)熄火性能，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火模擬過程與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，但臨界點(diǎn)火邊界卻是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩倍。

總體來說，國外對燃燒室的點(diǎn)熄火性能已經(jīng)開展了大量的試驗(yàn)和理論研究，但缺乏真實(shí)回流燃燒室點(diǎn)熄火過程的詳細(xì)數(shù)據(jù)研究。回流燃燒室結(jié)構(gòu)與常規(guī)燃燒室不同，復(fù)雜噴霧下的點(diǎn)熄火研究變得更為困難，而相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果仍有一定的誤差，本文以真實(shí)燃燒環(huán)境下的回流燃燒室為對象，開展回流燃燒室流動(dòng)、火焰結(jié)構(gòu)及點(diǎn)熄火過程試驗(yàn)研究。

1 研究對象與方法

回流燃燒室試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，試驗(yàn)系統(tǒng)主要由供氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和單頭部回流燃燒室模型等組成。氣源由一臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)提供，氣流從進(jìn)氣口進(jìn)入燃燒室內(nèi)，氣路管道上都裝有節(jié)流閥、壓力表和流量計(jì)，通過調(diào)節(jié)閥門，獲得所需的氣量，同時(shí)，氣路管道上安裝有總壓管對進(jìn)出口總壓進(jìn)行測量。

圖1 試驗(yàn)測試系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic view of test facility system

粒子圖像測速儀（Particle image velocimetry，PIV）冷態(tài)試驗(yàn)采用NdYAG 型激光器，BobcatB2041 型攝像機(jī)以及Micro Pulse725 型同步控制器，PIV 系統(tǒng)由La Vision 公司生產(chǎn)，測量精度誤差為±1%。粒子發(fā)生器由粉罐和ZB-0.14/8 型直聯(lián)式空氣壓縮機(jī)組成，使用平均粒徑為10 μm 的MgO 示蹤粒子。同時(shí)，為了增加PIV計(jì)算中的有效數(shù)據(jù)率，保證有足夠高的撒播密度［25］，使得示蹤粒子在進(jìn)入燃燒室前與氣流充分混合，增加示蹤粒子與新鮮空氣的摻混時(shí)間，示蹤粒子摻混位置距離燃燒室進(jìn)口軸向距離達(dá)到3 m 以上。用于PIV 拍攝的觀察窗為軸向子午面。PIV 拍攝頻率為15 Hz，圖像放大倍數(shù)為2.6 pixel/mm。PIV 測量系統(tǒng)以及試驗(yàn)的工作原理在文獻(xiàn)［26-27］中已有相關(guān)介紹。

通過高速相機(jī)拍攝火焰結(jié)構(gòu)以及火焰?zhèn)鞑グl(fā)展的過程，相機(jī)分辨率為1 280 pixel×1 088 pixel，采樣頻率為1 000 Hz，為了盡可能減小火焰對拍攝結(jié)果的影響，試驗(yàn)采用波長430 nm，帶寬10 nm 的CH*濾光鏡片。

回流燃燒室光學(xué)測量示意圖如圖2 所示，本文的研究對象來源于某環(huán)形回流燃燒室，共有18個(gè)頭部，頭部由旋流器和噴嘴組成，旋流器結(jié)構(gòu)如圖3 所示，本文采用的雙級(jí)旋流器，一級(jí)旋流器由8 個(gè)斜切孔組成，二級(jí)旋流器為徑向旋流器，由8個(gè)曲葉片組成。為方便研究，取單個(gè)頭部回流燃燒室，通過回流燃燒室試驗(yàn)系統(tǒng)，獲取燃燒室內(nèi)測量截面的流場，對此需要在燃燒室機(jī)匣上開設(shè)觀察窗，同時(shí)，為了使測量精度得到保證，觀察窗需要一定的大小，便于激光照射，將燃燒室大彎管部分進(jìn)行改進(jìn)，由彎曲段變?yōu)橹苯嵌巍Ｔ囼?yàn)需要測量a1縱向子午面和b1橫向截面，本文燃燒室內(nèi)軸向速度u與X軸方向相同，Y軸為燃燒室高度h方向。

圖2 光學(xué)測量示意圖Fig.2 Schematic diagram of optical measuring sections

圖3 旋流器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of swirler

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 燃燒室穩(wěn)態(tài)流動(dòng)特性

燃燒室冷態(tài)時(shí)a1子午面在不同總壓損失下的速度云圖及流線如圖4 所示，為了便于分析，在流場圖添加了燃燒室的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4（a）所示，圖4（b～d）分別為總壓損失Δp=1%、Δp=2%及Δp=3%?？梢钥闯?，不同總壓損失下的冷態(tài)流場結(jié)構(gòu)基本不變，回流區(qū)大小及位置未有較大改動(dòng)，主燃孔射流、摻混孔射流穿透深度等均較為接近，壓損的改變對燃燒室流場結(jié)構(gòu)影響較小，隨著壓損的增加，速度值逐步增加?；鹧嫱矁?nèi)外環(huán)壁面上分別開有主燃孔、摻混孔，回流燃燒室與常規(guī)燃燒室的結(jié)構(gòu)不同，子午面上的氣流并不具有對稱性，外環(huán)上主燃孔射流向上游偏轉(zhuǎn)，內(nèi)環(huán)下主燃孔射流順主流方向流動(dòng)，上下主燃孔射流未形成對流，互相錯(cuò)開，各占據(jù)整個(gè)燃燒室高度的一半，外環(huán)摻混孔射流強(qiáng)度大，氣流速度較高，射流深度深，幾乎貫穿整個(gè)燃燒室，有效對來流起到截?cái)嘧饔?，利于燃燒室出口溫度分布的調(diào)節(jié)。由于旋流器以及主燃孔射流的作用，主燃區(qū)存在兩個(gè)旋向相反的回流渦，外環(huán)回流渦尺寸較大，區(qū)域內(nèi)氣流流速低，點(diǎn)火位置正處于回流渦的附近，有利于快速點(diǎn)火，形成火核并穩(wěn)定傳播。內(nèi)環(huán)回流渦尺寸較小，位置貼近于旋流器出口，油氣能夠在此區(qū)域摻混燃燒，燃燒室頭部形成的回流區(qū)，使得氣流擾動(dòng)增強(qiáng)，燃油和空氣能夠快速摻混，形成燃燒區(qū)域，同時(shí)回流區(qū)內(nèi)流速較低，為穩(wěn)定火焰以及成功點(diǎn)火提供有利條件。上、下主燃孔射流以及上摻混孔射流在中間區(qū)形成一卷吸渦，不斷提供新鮮空氣，與燃油混合后進(jìn)一步燃燒，合成離解產(chǎn)物。

圖4 不同總壓損失下a1子午面速度流線及分布Fig.4 Velocity streamline and distribution for a1-meridian-plane under different total pressures

燃燒室冷態(tài)時(shí)a1子午面上不同軸向位置處的軸向速度分布如圖5 所示。總壓損失Δp=3%，不同軸向位置在圖4（a）中所標(biāo)注。在x=18 mm 處，軸向速度分布有較大的改變，負(fù)方向速度占據(jù)了大部分區(qū)域，此處為上主燃孔射流導(dǎo)致形成，上主燃孔射流深度深，射流速度大，射流方向與旋流器出口氣流方向相反，使得軸向速度變大，范圍變廣。在x=33 mm 處，此范圍在上、下主燃孔附近，負(fù)方向最高速度峰值向外火焰筒壁面位置處靠近，軸向速度值進(jìn)一步增加，對應(yīng)上主燃孔射流出口部分。在x=48 mm 處，軸向速度分布趨勢與上游相反，內(nèi)外壁面附近處的速度值相反，由于摻混孔射流幾乎貫穿整個(gè)火焰筒，內(nèi)火焰筒壁面存在較多的負(fù)速度方向氣流，上、下主燃孔氣流與摻混孔氣流相互作用摻混，三者之間形成一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的卷吸渦，外火焰筒壁面附近為正方向順流氣流。在x=63 mm 處，負(fù)方向速度峰值到達(dá)最大，軸向速度在12 m/s 左右，此處為上摻混孔射流導(dǎo)致形成，由于卷吸渦的存在，與部分摻混孔射流作用，燃燒室高度一半位置為射流邊緣附近，形成較小的軸向速度，軸向速度在零速度線附近波動(dòng)，分布較為均勻，速度值變化幅度不大。

圖5 不同位置軸向速度分布Fig.5 Axial velocity distributions at different locations

燃燒室冷態(tài)時(shí)b1截面在不同總壓損失下的速度云圖及流線如圖6 所示，圖6（a～c）分別為總壓損失Δp=1%、Δp=2% 及Δp=3%。可以看出，不同總壓損失下的冷態(tài)流場結(jié)構(gòu)基本不變，速度值隨著壓損的增加而增加。從流場圖可以看出，下主燃孔射流深度較深，由于火焰筒壁為曲面，射流并不是垂直射流，而是帶有一定的角度向前傾斜，在上主燃孔射流與下主燃孔射流的對流沖擊下，向燃燒室頭部方向傾斜，射流深度較短。來自旋流器的氣流以及主燃孔射流和壁面，在這三者的共同作用之下，在上、下主燃孔射流之間形成了卷吸渦，卷吸渦承擔(dān)了射流與周圍混氣的動(dòng)量、質(zhì)量傳遞以及交換，促進(jìn)射流在周向的快速摻混。

圖6 不同總壓損失下b1橫截面速度流線及分布Fig.6 Velocity streamline and distribution for b1-cross-section under different total pressures

2.2 火焰結(jié)構(gòu)

由于試驗(yàn)拍攝的為灰色圖像，本文通過Matlab 對原始圖像進(jìn)行濾波和偽色彩處理，最后得到CH*自發(fā)輻射偽色彩圖，燃燒室a1子午面CH*自發(fā)輻射圖如圖7 所示，K為歸一化后的CH*強(qiáng)度。由于不同壓損條件下流場，火焰擴(kuò)張角基本保持不變［27-28］，對此，以Δp=3%壓損，油氣比0.029 工況進(jìn)行研究。由上文分析可知，旋流器出來的高速氣流，與上主燃孔、下主燃孔以及內(nèi)外火焰筒壁面的共同作用，在燃燒室頭部形成一個(gè)明顯的回流區(qū)，使得氣流擾動(dòng)增強(qiáng)，燃油和空氣能夠快速摻混，形成燃燒區(qū)域，同時(shí)回流區(qū)內(nèi)流速較低，為穩(wěn)定火焰以及成功點(diǎn)火提供有利條件。

在主燃區(qū)內(nèi)，火焰是以一定擴(kuò)散角度向燃燒室下游發(fā)展，并且高度逐漸增加，火焰對稱，呈現(xiàn)月牙形狀。圖7 中亮度較高的區(qū)域表明燃料燃燒時(shí)，其中間產(chǎn)物濃度較高，存在更為強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，從速度分布圖中可看出，高亮度區(qū)域主要位于頭部主燃燒區(qū)兩側(cè)的回流渦附近，此區(qū)域存在較高的油氣比，回流區(qū)促進(jìn)了燃料和空氣的混合，大大提高了該區(qū)域的油氣比，同時(shí)增加了混氣均勻性。高亮度區(qū)域分布在頭部的富油區(qū)內(nèi)，內(nèi)環(huán)火焰筒附近的CH*的亮度明顯強(qiáng)于外環(huán)區(qū)域，燃燒室上主燃孔和下主燃孔軸向位置的差異，以及主燃孔射流方向相反，使得上主燃燒孔的射流尾跡流向下側(cè)回流渦發(fā)展，使該區(qū)域內(nèi)霧化的煤油得到充分燃燒，因此該區(qū)域的燃燒比外環(huán)更加劇烈。大量的液滴蒸發(fā)不完全，燃油霧化吸熱，化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度減弱，燃燒溫度低，因此燃油噴嘴出口位置處亮度下降。

圖7 al子午面CH*自發(fā)輻射圖像Fig.7 Radical spontaneous emission images of CH* for almeridian-plane

在中間區(qū)，上側(cè)火焰長度較長，受到上主燃孔射流的影響，部分火焰被截?cái)啵谏现魅伎咨淞魑恢煤?，CH*亮度逐漸減弱，下側(cè)火焰終止于下主燃孔位置處，燃燒反應(yīng)區(qū)邊界位于主燃區(qū)與中間區(qū)之間。

在上摻混孔處，產(chǎn)生速度較高的高速氣流，截?cái)嗔酥髁鞯母邷厝細(xì)猓瑫r(shí)大量混氣已在主燃區(qū)和中間區(qū)完成燃燒，摻混區(qū)只存在少數(shù)燃油顆粒，難以形成劇烈燃燒，摻混區(qū)并無明顯的高亮區(qū)域。

燃燒室b1截面CH*自發(fā)輻射圖如圖8 所示，從圖8 中能看出，內(nèi)環(huán)壁面CH*亮度較強(qiáng)，由于內(nèi)環(huán)附近混氣形成較好，燃油能夠充分燃燒。火焰沿燃燒室四周呈現(xiàn)圓環(huán)形狀，燃燒室中心位置處的CH*亮度較低，在油壓的作用之下，燃油以液膜的形式射出，液膜噴口處產(chǎn)生一個(gè)空心錐，噴嘴的中心部分是一個(gè)無油區(qū)域，燃油以環(huán)形流狀噴射出去。同時(shí)，由于火焰被上下主燃孔射流截?cái)啵鹧姘l(fā)展受到影響，CH*分布較少。

圖8 bl橫截面CH*自發(fā)輻射圖像Fig.8 Radical spontaneous emission images of CH* for b1-cross-section

2.3 點(diǎn)熄火過程

燃燒室點(diǎn)火期間火焰亮度變化過程如圖9 所示，I為歸一化后的火焰亮度。以Δp=3%壓損，油氣比0.029 工況進(jìn)行研究?？蓪Ⅻc(diǎn)火過程分為4 個(gè)階段，啟動(dòng)火花塞放電，初始火花形成，隨后，點(diǎn)燃附近區(qū)域的局部混氣，火焰亮度增強(qiáng)，火核在向周圍發(fā)展的同時(shí)，火核尺寸減小，火核發(fā)光亮度降低（火核生成階段，t=1～9 ms），這是由于一方面新鮮混氣蒸發(fā)而吸收熱量，另一方面與周圍相對的低溫油氣快速混合冷卻所致，當(dāng)混氣吸收熱量到一定程度時(shí)，其回流渦附近區(qū)域的混氣開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，燃燒室內(nèi)的混氣被重新點(diǎn)燃，火焰為了維持自身穩(wěn)定，不斷向外發(fā)展，放熱以提高混氣溫度以及燃油的蒸發(fā)率（火核穩(wěn)定階段，t=9～45 ms）。隨后火焰的放熱率小于散熱率，化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度增加，火焰逐步在外回流渦穩(wěn)定后，開始向下游以及內(nèi)回流渦傳播（圖9 中黑色虛線），回流渦的存在為火焰發(fā)展提供了良好的熱和化學(xué)物理環(huán)境，隨著火焰的不斷地?cái)U(kuò)大，部分火焰已到達(dá)主燃孔射流附近，內(nèi)回流渦混氣已經(jīng)逐步被點(diǎn)著，在高速射流的摻混作用下，混氣駐留時(shí)間縮短，反應(yīng)速率增加，最終點(diǎn)火成功（點(diǎn)火成功階段，t=45～60 ms）。之后燃燒室達(dá)到整體點(diǎn)燃和穩(wěn)定，火焰持續(xù)燃燒，其亮度也穩(wěn)定在一個(gè)相對低的范圍內(nèi)（火焰穩(wěn)定階段，t=60～99 ms）。

燃燒室點(diǎn)火失敗期間火焰亮度變化過程如圖10 所示，在多次試驗(yàn)過程中，捕捉到未能成功點(diǎn)火過程。開始階段，其點(diǎn)火過程與成功點(diǎn)火過程一樣，火花塞放電形成初始火核（t= 1 ms），隨后火核尺寸變?。╰= 8 ms），進(jìn)一步火核膨脹（t=29 ms），但在火焰不斷向外傳播中，火焰變化過程逐漸有所不同。在t=40～48 ms 時(shí)，火焰隨著氣流向下游傳播，但內(nèi)回流渦附近并未出現(xiàn)明顯的火團(tuán)（圖10 中黑色虛線），未能回流進(jìn)入主燃區(qū)燃燒，雖然燃燒室上半部分已被點(diǎn)燃，而下半部分燃燒室內(nèi)的燃?xì)獾貌坏接行紵?，火焰面積未能擴(kuò)大，此區(qū)域的火焰并不能持續(xù)穩(wěn)定，隨著更多的混氣進(jìn)入到燃燒室內(nèi)，燃燒室內(nèi)溫度降低，火焰強(qiáng)度降低，能量減弱，最后火焰直至減小熄滅（t=55～62 ms）。可以對比圖9，t=45～50 ms（圖9 中黑色虛線），在火焰向外發(fā)展的同時(shí)，下游以及內(nèi)回流渦已出現(xiàn)火焰，逐漸形成一定強(qiáng)度、大小的火團(tuán)，說明下游以及回流渦已被點(diǎn)著，為后續(xù)成功點(diǎn)火提供了有利條件。

圖9 回流燃燒室點(diǎn)火成功過程Fig.9 Successful ignition process of reverse combustor

圖10 回流燃燒室點(diǎn)火失敗過程Fig.10 Ignition failure process of reverse combustor

燃燒室熄火期間火焰亮度變化過程如圖11 所示，以Δp=3%壓損，油氣比0.029 工況進(jìn)行研究。當(dāng)壓損一定時(shí)，隨著供油壓力的降低，供油量減少，燃燒室內(nèi)的火焰亮度逐漸降低，燃燒已經(jīng)進(jìn)入貧油狀態(tài)。進(jìn)一步減少供油，火焰發(fā)生明顯變化，火焰面積以及長度大大減小，油氣發(fā)熱量減小，化學(xué)反應(yīng)速率減慢，氣流散熱效果增強(qiáng)，主燃區(qū)溫度迅速下降，火核向回流區(qū)后部靠近。同時(shí)，回流渦內(nèi)的火焰穩(wěn)定性下降，火焰亮度減小，火焰根部逐漸遠(yuǎn)離旋流器出口位置，下回流渦附近火焰已開始熄滅。最后，火焰從正常燃燒時(shí)的月牙形結(jié)構(gòu)演變?yōu)閱喂苫鹧妫瑑H存微弱火焰在上回流渦和旋流器出口附近燃燒，當(dāng)供油壓力繼續(xù)減少時(shí)，火焰已經(jīng)不能穩(wěn)定燃燒，進(jìn)而熄火。

圖11 回流燃燒室熄火過程Fig.11 Blowout process of reverse combustor

3 結(jié) 論

本文通過PIV 與高速相機(jī)測量，開展了回流燃燒室流動(dòng)與燃燒特性試驗(yàn)研究，主要得到以下結(jié)論：

（1）由于回流燃燒室的結(jié)構(gòu)差異，流場不具有對稱性。壓損的改變對燃燒室流場結(jié)構(gòu)影響較小，隨著壓損的增加，速度值增加。

（2）燃燒主要在主燃區(qū)和中間區(qū)進(jìn)行，火焰呈一定的月牙形向外燃燒。

（3）燃燒室點(diǎn)火過程可分為火核生成階段、火核發(fā)展階段、點(diǎn)火成功階段和火焰穩(wěn)定階段4 個(gè)階段，回流渦著火是成功點(diǎn)火的關(guān)鍵。熄火時(shí)，火核向回流區(qū)后部靠近，火焰根部逐漸遠(yuǎn)離旋流器出口位置，火焰從正常燃燒時(shí)的月牙形結(jié)構(gòu)演變?yōu)閱喂苫鹧妗?/p>