1種渦輪葉間補(bǔ)燃室的數(shù)值研究

李明，唐豪，高大鵬，莫妲

（1.中國輕型燃?xì)廨啓C(jī)開發(fā)中心，北京100009；2.南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院，南京210016；3.中航工業(yè)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽 110015）

1種渦輪葉間補(bǔ)燃室的數(shù)值研究

李明1，2，唐豪2，高大鵬1，莫妲3

（1.中國輕型燃?xì)廨啓C(jī)開發(fā)中心，北京100009；2.南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院，南京210016；3.中航工業(yè)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽 110015）

李明（1986），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)新型燃燒技術(shù)。

為提高燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能，將UCC技術(shù)應(yīng)用在低壓渦輪導(dǎo)向器上，建立低壓渦輪導(dǎo)向葉片補(bǔ)燃室（Turbine Inter-vane Burners,TIB）模型。通過改變?nèi)紵医Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了3種渦輪葉間補(bǔ)燃室模型，利用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT對燃燒室的流動(dòng)及燃燒進(jìn)行數(shù)值模擬，采用CFD的方法，分析燃燒室的燃燒和流動(dòng)特性。結(jié)果表明：3種結(jié)構(gòu)的渦輪葉間補(bǔ)燃室均提高了燃燒效率，選擇的數(shù)學(xué)模型合理、計(jì)算方法可行，其結(jié)果可為渦輪葉間補(bǔ)燃室設(shè)計(jì)提供參考。

渦輪葉間燃燒；超緊湊燃燒；數(shù)值模擬；燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)

0 引言

航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)作為航空器的主要?jiǎng)恿π问絒1]。其工作過程是定壓加熱循環(huán)，即布雷頓（Brayton）熱力循環(huán)，對于實(shí)際定壓加熱循環(huán)，要想提高熱效率，必須盡量提高渦輪進(jìn)口溫度[2]。但此方法受到材料耐熱程度的嚴(yán)重制約，尤其是現(xiàn)在渦輪進(jìn)口溫度已經(jīng)很高，如F119發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪進(jìn)口溫度已高達(dá)2050 K，同時(shí)高溫還會帶來氮氧化物排放增多等問題，因此，需要探索新的能提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的方法。Sirignano[3-4]等人提出了渦輪內(nèi)燃燒方法，其主要思想是撤消燃燒室，即在各級的渦輪通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)燃燒，由此實(shí)現(xiàn)近似恒溫循環(huán)，理論計(jì)算表明，其效率比Brayton循環(huán)高30%～40%。Liu[5]提出了保留主燃燒室，增加渦輪內(nèi)燃燒作為補(bǔ)燃燒室的方案。美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室[6]（AFRL）為實(shí)現(xiàn)渦輪內(nèi)燃燒，開發(fā)了超緊湊燃燒室（UCC），并用FLUENT軟件研究了UCC的流動(dòng)及燃燒性能。Greenwood[7-8]數(shù)值研究了不同結(jié)構(gòu)的UCC特點(diǎn)，及其在不同工況下的燃燒及排放情況。Mawid[9]用STAR-CD軟件模擬了直葉片中徑向槽對UCC的影響。Thornburg[10]模擬了帶有徑向槽的彎曲葉片的TIB的性能特征。Thibaud[11-12]則研究了梭型葉片對UCC性能的影響。

本文基于Greenwood的UCC結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，將UCC技術(shù)應(yīng)用在低壓渦輪導(dǎo)向器上，建立3種TIB模型，通過改變?nèi)紵医Y(jié)構(gòu)，分析燃燒室的流動(dòng)和燃燒特性。

1 物理模型

TIB基本結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)1）如圖1所示。中心體模擬發(fā)動(dòng)機(jī)軸，中心體和前后管組成1個(gè)環(huán)形通道，通道內(nèi)有6個(gè)周向均勻分布的葉片，每個(gè)葉片的同一側(cè)都開有徑向槽，葉片的頂部是由前后法蘭和環(huán)形蓋圍成的燃燒環(huán)，環(huán)形蓋上均勻分布6個(gè)燃油噴口和6×4個(gè)2次氣入射孔，每個(gè)燃油噴口底部均開有軸向槽，主氣流流動(dòng)方向如圖1（a）中的粗箭頭所示。燃燒環(huán)寬為48 mm，具體尺寸可參考文獻(xiàn)[7]的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，但根?jù)Anisko[13]的建議，其中的二次氣進(jìn)氣角由37°增大到45°。液體燃料垂直噴入燃燒環(huán)內(nèi)，二次氣45°傾斜射入燃燒環(huán)，做高速的向心運(yùn)動(dòng)，噴入的霧化燃料迅速蒸發(fā)、與空氣摻混，形成可燃混氣，發(fā)生燃燒，燃燒產(chǎn)物離開燃燒環(huán)后，進(jìn)入下游葉間通道，可燃成分繼續(xù)燃燒，高溫燃?xì)庠谕ǖ纼?nèi)與主流空氣摻混，發(fā)生動(dòng)量、能量交換，組分?jǐn)U散，最后排出通道。

圖1 TIB基本結(jié)構(gòu)原理（結(jié)構(gòu)1）

為分析此結(jié)構(gòu)的性能，現(xiàn)將TIB模型中的燃燒環(huán)寬度縮短至25 mm，葉片和RVC相應(yīng)縮小，并將RVC改為傾斜形式，得到TIB結(jié)構(gòu)2，如圖2所示。在結(jié)構(gòu)2基礎(chǔ)上，改變?nèi)~片形狀，將葉片后半部彎曲，得到TIB結(jié)構(gòu)3，如圖3所示。

圖2 25mm寬的TIB結(jié)構(gòu)

圖3 彎曲葉片的TIB結(jié)構(gòu)

2 數(shù)學(xué)模型

2.1 計(jì)算域及網(wǎng)格

TIB結(jié)構(gòu)為中心軸對稱，為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，本文只選取1/6模型，即只對60°的扇形域進(jìn)行計(jì)算，Anisko驗(yàn)證了此方法可行有效。利用ICEM軟件將此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)劃分為90萬左右的6面體網(wǎng)格，如圖4所示，從圖中的小圖可見，在邊界進(jìn)行了適當(dāng)?shù)募用?，將壁面的y+控制在100以內(nèi)。

圖4 TIB計(jì)算域及網(wǎng)格

2.2 計(jì)算方法及模型選擇

采用CFD軟件FLUENT對流動(dòng)及燃燒進(jìn)行數(shù)值模擬。具體控制方程見參考文獻(xiàn)[15]。本文在歐拉框架下求解空氣（連續(xù)相）的N－S方程，在拉格朗日框架下求解油滴（離散相）的軌跡方程，即采用離散相模型（DPM）。通過隨機(jī)顆粒軌道模型來考慮二相間的相互作用，相間采用耦合計(jì)算。使用分離隱式穩(wěn)態(tài)求解器，PRESTO格式離散壓力項(xiàng)，2階迎風(fēng)格式離散對流項(xiàng)，中心差分格式離散擴(kuò)散項(xiàng)，SIMPLEC算法處理壓力-速度耦合項(xiàng)。采用在處理旋轉(zhuǎn)剪切流和發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室模型中較接近試驗(yàn)[16-17]的Realizable k-ε湍流模型。近壁面采用非平衡壁面函數(shù)處理，來減少網(wǎng)格數(shù)量。燃燒室處在高溫環(huán)境，輻射換熱不應(yīng)忽略，考慮到在輻射過程中帶有離散相的影響，且模型的光學(xué)厚度較小，故采用離散坐標(biāo)（DO）輻射模型。

2.3 燃燒模型

燃燒室的燃燒過程屬于擴(kuò)散燃燒，采用概率密度函數(shù)（PDF）模型模擬，假設(shè)所有物質(zhì)具有相同的擴(kuò)散率，流體局部化學(xué)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，而不需要化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，物質(zhì)守恒方程簡化為單一守恒量混合分?jǐn)?shù)f的函數(shù)，用由β函數(shù)描述的PDF封閉反應(yīng)模型。該燃燒模型十分適合湍流擴(kuò)散火焰及類似過程的模擬，可計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的燃燒問題[15]。液體燃料使用煤油（C12H23），根據(jù)文獻(xiàn)[7]建議，燃燒過程考慮了C12H23、CH4、CO、CO2、H2、H2O、H2O（液態(tài)）、O2、OH、N2及C（固態(tài)）等11種組分。污染物方面，考慮了熱力型NO和瞬發(fā)型NO模型[18]。

2.4 邊界條件

主氣流、二次氣流進(jìn)口給定質(zhì)量流量和溫度，出口給定壓力（如圖4所示），考慮燃燒室與環(huán)境的對流和輻射換熱，另設(shè)有旋轉(zhuǎn)式周期性邊界條件。燃料、壓力、溫度設(shè)置參考文獻(xiàn)[7]，燃油流量為8.89×10-4kg/s，用5種不同半錐角和直徑的油滴組合模擬實(shí)際噴嘴效果，油滴平均直徑為55μm，初速度為30.5 m/s；具體工況參數(shù)見表1。

表1 工況參數(shù)

3 結(jié)果討論與分析

分別建立3種不同結(jié)構(gòu)對應(yīng)的TIB模型，根據(jù)上述物理模型、計(jì)算方法及邊界條件，得到燃燒室的壓力、速度、部分組分體積分?jǐn)?shù)、溫度場分布等情況。規(guī)定葉片帶RVC一側(cè)為葉背，反之為葉盆。取葉梢下游20mm（y=170）處為燃燒室出口。

3.1 壓力場

3種結(jié)構(gòu)的TIB模型內(nèi)部靜壓分布如圖5所示。從圖中可見，靜壓在燃燒環(huán)內(nèi)變化不大，比進(jìn)口壓力略低；氣體在進(jìn)入燃燒環(huán)下游的葉間通道后，靜壓迅速下降，這是由于氣體流量增大，流速變大的結(jié)果。對比3種結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)3比結(jié)構(gòu)1和2的進(jìn)口靜壓高3500 Pa左右，很明顯是彎曲葉片帶來的影響；意味著在同等流量下，彎曲葉片比直葉片需要更大的進(jìn)口壓力。對于結(jié)構(gòu)2和3，在RVC內(nèi)存在低壓區(qū)，如燃油進(jìn)口截面（圖5（b）中y=72.5圈出部分），但結(jié)構(gòu)1未發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，說明RVC的影響與燃燒環(huán)大小有關(guān)。觀察葉間通道內(nèi)的靜壓分布，可以發(fā)現(xiàn)，在靠近葉背側(cè)，RVC尾部臺階下游均存在低壓區(qū)（圖5（a）中y=115截面，圖5（b、c）中y=110截面）。隨流動(dòng)向下游進(jìn)行，靜壓分布逐步趨于均勻。

圖5 TIB模型內(nèi)部靜壓分布

3.2 速度場

燃燒室靠下游1組二次氣流進(jìn)口截面（y=78.8）的速度矢量分布如圖6所示。從圖中可見，在燃燒環(huán)內(nèi)主要是二次氣流引起的周向環(huán)流運(yùn)動(dòng)，底部通道主要是主流的軸向流動(dòng)，燃燒環(huán)底部和葉間通道頂部的交界層發(fā)生二股氣流的滲透摻混過程。在軸向槽內(nèi)形成了穩(wěn)定的回流（圖6（a）中圈出及放大所示），部分環(huán)流氣體在流過葉片后，高速轉(zhuǎn)向進(jìn)入RVC內(nèi)，形成漩渦，部分氣體直接沖擊葉背側(cè)的主流，在葉盆側(cè)，主流基本未受到環(huán)流的影響。比較發(fā)現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)2和結(jié)構(gòu)3內(nèi)，由于燃燒環(huán)寬度減小，環(huán)流速度大，動(dòng)量大，所以RVC內(nèi)形成的漩渦較結(jié)構(gòu)1明顯強(qiáng)度大，有利于流體之間摻混和能量的交換。

圖6 TIB二次氣流進(jìn)口截面速度矢量分布

TIB內(nèi)部的流動(dòng)速度分布如圖7所示?？傮w上，流速趨勢大致相同，環(huán)流速度低于通道內(nèi)主流速度；環(huán)流和主流在進(jìn)入下游葉間通道混合后，速度顯著增加；下游葉間通道的速度分布不均勻，是由于葉背側(cè)流量大，葉背側(cè)的速度高于葉盆側(cè)。在靠近葉背處，RVC尾部臺階下游存在局部高速區(qū)（圖7（a）中y=115截面，圖7（b、c）中y=90截面），這是由于RVC內(nèi)氣體被排擠出后，以2～3倍于主流的速度沿徑向和周向射入主流。同時(shí)，由于環(huán)流對主流的穿透程度弱，進(jìn)入通道后，受主流排擠，集中在頂層，導(dǎo)致頂層流量大，速度高。還有1個(gè)基本原因，就是燃油燃燒后，氣體溫度升高，密度下降，體積增大，流量增加。對比3種結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)1的高速區(qū)面積較廣（y=115），若將后端面傾斜，能適當(dāng)改善這種速度分布，如結(jié)構(gòu)2的y=90截面所示；結(jié)構(gòu)2的出口截面底部有較大的低速區(qū)，表明下游的低壓渦輪面臨不均勻的動(dòng)量沖擊，但這種現(xiàn)象在彎葉片的結(jié)構(gòu)3中并不明顯。

圖7 TIB模型內(nèi)部速度分布

3.3 部分組分體積分?jǐn)?shù)場

為分析燃燒室內(nèi)部的燃燒情況，描繪燃燒室內(nèi)的CO摩爾體積分?jǐn)?shù)分布如圖8所示。從圖中可見，油滴進(jìn)入燃燒環(huán)蒸發(fā)，由于局部燃油蒸氣體積分?jǐn)?shù)高，氧氣不足，發(fā)生富油燃燒，出現(xiàn)CO高體積分?jǐn)?shù)區(qū)。結(jié)構(gòu)1中的CO主要集中在燃燒環(huán)偏下游區(qū)域（y=84～115），而結(jié)構(gòu)2、3則主要集中在燃燒環(huán)的右半部（y=72.5截面）。首先，由于在結(jié)構(gòu)2、3內(nèi)，油滴受強(qiáng)旋流作用，向右偏轉(zhuǎn)程度大，在右半部較集中；其次，結(jié)構(gòu)1內(nèi)環(huán)流流速相對低，油滴蒸發(fā)常數(shù)小，油滴壽命長，運(yùn)動(dòng)范圍廣[19]，所以燃油蒸氣分布廣，發(fā)生富油燃燒區(qū)域廣，高CO區(qū)域大。

圖8 TIB模型內(nèi)部CO摩爾體積分?jǐn)?shù)分布

在下游葉間通道內(nèi)，結(jié)構(gòu)1的CO集中在葉背側(cè)，且到y(tǒng)=150截面就幾乎氧化完畢；但在結(jié)構(gòu)2/3中，體積分?jǐn)?shù)高的CO則集中在葉盆側(cè)，貼近葉片頂層，到出口仍有較多CO未氧化。

3.4 溫度場

3種結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)部溫度分布如圖9所示。從圖中結(jié)構(gòu)1可見，燃油噴入后，立即發(fā)生燃燒，軸向槽及其內(nèi)的回流區(qū)起到了穩(wěn)定點(diǎn)火源的作用。燃燒在整個(gè)燃燒環(huán)進(jìn)行，溫度高，所以，燃油噴入后迅速蒸發(fā)，大量的燃油蒸氣隨即繼續(xù)燃燒。在進(jìn)入下游葉間通道后，葉背側(cè)的溫度普遍高于葉盆側(cè)，葉盆側(cè)有較大的區(qū)域仍保持進(jìn)口低溫，即未與高溫燃燒物混合；在葉背側(cè)的頂層存在高溫區(qū)。究其原因，首先，由前面流場分析可知，燃燒環(huán)燃燒物主要流入葉背側(cè)，同時(shí)集中在頂層；其次，未燃燒的燃油蒸汽和不完全燃燒物（如CO）隨環(huán)流進(jìn)入葉間通道后，在高溫富氧的環(huán)境下，繼續(xù)氧化，進(jìn)一步提高了當(dāng)?shù)販囟取?/p>

圖9 TIB模型內(nèi)部溫度分布

3種結(jié)構(gòu)的溫度分布不同，與結(jié)構(gòu)1相比，結(jié)構(gòu)2的燃燒環(huán)內(nèi)出現(xiàn)了幾處極高溫度區(qū)（y=72.5圈出部分，溫度高于2000 K），同時(shí)在下游葉間通道靠近葉片頂層處，氣體一直保持極高溫度，在出口，中間有大面積極高溫度區(qū)和極低溫度區(qū)，溫度混合變差。主要原因是結(jié)構(gòu)2的燃燒環(huán)寬度減小，燃油的燃燒空間幾乎減半，燃油在燃燒環(huán)內(nèi)燃燒較集中，同時(shí)燃燒也不充分，大量可燃成分在下游葉間通道內(nèi)繼續(xù)燃燒放熱。

對比結(jié)構(gòu)2和結(jié)構(gòu)3發(fā)現(xiàn)，將下游葉片彎曲，帶來的變化主要在下游通道。結(jié)構(gòu)3的通道內(nèi)仍有極高溫度區(qū)和未被加熱的區(qū)域存在，但由于葉片被彎曲，引起氣流隨葉片轉(zhuǎn)向，部分氣流沖擊葉盆側(cè)，這些改變均加劇了葉盆側(cè)與葉背側(cè)流體的混合，增強(qiáng)了冷熱流體間的換熱，所以，在結(jié)構(gòu)3中，高低溫流體區(qū)域面積縮小。

燃燒室出口徑向平均溫度（網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)平均）隨無量綱高度的變化如圖10所示。對于結(jié)構(gòu)1，溫度隨高度基本呈線性增加，底部低，在900 K左右，頂部高，在1500 K左右，趨勢與文獻(xiàn)[20]一致。結(jié)構(gòu)2的曲線也基本上隨高度增加而升高，但同位置的溫度較結(jié)構(gòu)1高，根據(jù)前文的溫度場分析可知，由于燃燒環(huán)內(nèi)燃燒不充分，氣體在通道內(nèi)混合不均勻，出口仍有大面積高溫區(qū)所致。對于結(jié)構(gòu)3，溫度基本上是先隨高度增加而降低，在30%高度出現(xiàn)最低溫，然后再逐漸升高。這是由于隨高度的增加，低溫區(qū)所占的比例逐漸增大，在高度達(dá)到30%以上，高溫區(qū)面積增大，平均溫度回升（如圖9（c）中y=170截面）。

圖10 TIB模型出口徑向平均溫度

3.5 結(jié)果對比及驗(yàn)證分析

定量分析對比各種結(jié)構(gòu)的燃燒室模型性能的參數(shù)值見表2，表中同時(shí)給出了Greenwood的試驗(yàn)結(jié)果。表中：d p/p是絕對壓力損失；η是燃燒效率；T是出口平均溫度；UHC代表未燃碳?xì)浠衔?。d p/p、η計(jì)算為

式中：p3為進(jìn)口壓力；p4為出口壓力。

式中：Hc為燃料燃燒的熱值，對于煤油，Hc=43500 kJ/kg；EI為排放指數(shù)，表示每千克燃油所產(chǎn)生的污染物的克數(shù)；CxHy代表未燃碳?xì)浠衔铩?/p>

表2 燃燒室性能參數(shù)與文獻(xiàn)[7]對比

其余參數(shù)定義可參考文獻(xiàn)[7]?？紤]到本研究中溫度分布的不均勻性，特給出了2種處理方法的出口溫度。

對比結(jié)構(gòu)1與文獻(xiàn)[7]試驗(yàn)，考慮結(jié)構(gòu)1進(jìn)氣角度與文獻(xiàn)[7]實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的差異，同時(shí)，由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)是在出口采集數(shù)各不同位置值的平均，而本文數(shù)值模擬是在質(zhì)量加權(quán)平均求得的結(jié)果，2者存在差別，因此，可以說模擬結(jié)果與文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。特別是本文按網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)平均得到的出口溫度（1261 K）與試驗(yàn)值（1254 K）很接近。

對比各個(gè)結(jié)構(gòu)的出口溫度發(fā)現(xiàn)，按照質(zhì)量加權(quán)平均與節(jié)點(diǎn)平均得到的結(jié)果差別很大，主要因?yàn)椋阂环矫?，出口溫度分布很不均勻，特別是結(jié)構(gòu)2和結(jié)構(gòu)3；另一方面，低溫氣體所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，但面積小。這意味著要將該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)著重加強(qiáng)高低溫氣體的混合，改善出口溫度場。

對比結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，縮小燃燒環(huán)寬度，壓力損失降低，CO、UHC排放增加，燃燒效率下降，是由燃油在燃燒環(huán)內(nèi)燃燒不充分所致。對比結(jié)構(gòu)2和結(jié)構(gòu)3的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，彎曲的葉片會增大壓力損失，但由于加劇了混合，CO、UHC排放減小，提升了燃燒效率。在NOx排放方面，結(jié)構(gòu)2和結(jié)構(gòu)3相當(dāng)，均比結(jié)構(gòu)1大，這是由于結(jié)構(gòu)2和結(jié)構(gòu)3存在極高溫區(qū)，而且范圍較廣。

從模擬結(jié)果整體可以看出，燃燒室的壓力損失?。ò髯钃p失和熱阻損失），燃燒效率高，出口平均溫度較進(jìn)口提高了630 K左右。

4 結(jié)論

通過對3種結(jié)構(gòu)的壓力場、速度場、部分組分分布、溫度場的比較及與文獻(xiàn)的對比發(fā)現(xiàn)，燃燒環(huán)寬度、葉片形狀對燃燒室設(shè)計(jì)有重要影響。

（1）本文采取的物理模型和計(jì)算方法能準(zhǔn)確模擬渦輪葉間補(bǔ)燃室內(nèi)的流動(dòng)及燃燒情況。

（2）3種結(jié)構(gòu)的渦輪葉間補(bǔ)燃室都保持著高燃燒效率、低總壓損失的特征，性能穩(wěn)定。

（3）減小燃燒環(huán)的寬度，更緊湊的渦輪補(bǔ)燃室能夠在同樣的燃燒效率下，降低壓力損失，但會帶來燃燒產(chǎn)物與主流摻混減弱、以及溫度分布惡化和氮化物排放增加。

（4）將葉片后半部彎曲后，可以強(qiáng)化燃燒產(chǎn)物與主流的摻混，提高燃燒效率，但會增大壓力損失。

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Num erical Investigation of a Turbine Inter-Vane Burner

LIM ing1,2,TANG Hao2,GAO Da-peng1,MO Da3
（1.China National LightW eightGasTurbine Development Center, Beijing 100009,China;2.College of Energy and Power Engineering,Nanjing University of Aeronauticsand Astronautics,Nanjing 210016,China;3.AVIC Shenyang Engine Design and Research Institute,Shenyang 110015,China）

In order to improve the performance of gas turbine engines,Turbine Inter-Vane Burner(TIB)model was built by the application of Ultra-Compared Combustion(UCC)technology on low-pressure turbine guide vanes.Three TIBmodelswere designed by changing the combustor structure.The computational fluid dynam ics(CFD)code FLUENTwas used to simulate and analyze the turbulent flow and combustion of the combustor.The results show that the TIB can enhance combustion efficiency.Themathematicalmodels and numericalmethodsare reasonable and the numerical results provide important reference to the design of TIB.

Turbine Inter-vane Burner；ultra-compact combustion;numerical simulation;gas turbinesengines

國家自然科學(xué)基金（51076064）資助

2012-01-13