带有中心预燃室的冲压发动机数值模拟研究

为提高低压条件下燃烧室点火和火焰稳定性能,设计了一种中心预燃室结构的冲压发动机。运用数值模拟方法对简化燃烧室内部的喷雾燃烧流场进行了分析。结果表明:随着燃烧室工作阶段的不同,预燃室尾部收缩段对内外涵气流相互作用的影响存在差异;由于局部压差的增大,预燃室取气口将出现局部加速效应;预燃室内流动过程受下游燃烧的影响。     

超燃冲压发动机燃烧室燃料喷注及其内流场的数值模拟

基于三维N-S方程,利用有限差分数值离散方法,对考虑了燃料喷注和凹腔结构综合影响的某超燃冲压发动机燃烧室模型的内流场进行了数值模拟,与实验流动图谱进行了定性比较,并进一步探讨了燃料喷注过程的非定常特性以及凹腔结构对流动的影响。研究表明:本文数值模拟的稳态时刻流场与实验流动图谱相似;数值结果捕捉到了横向喷注燃料沿下游运动并向凹腔扩散的非定常动态变化的规律。     

煤油超音速燃烧的试验研究

在地面直连式试车台上,研究了煤油碳氢燃料超燃冲压发动机的点火燃烧性能。通过测量模型发动机壁面压力分布,比较了不同工况下的煤油点火燃烧性能。试验结果表明,在当量比为0.27～1.46的大范围内,煤油在超燃冲压模型发动机中能够成功点火,支板和凹腔对煤油在超声速气流中的点火及稳定燃烧有重要作用,少量氢气的喷入对煤油的点火燃烧有良好的促进作用。太厚的支板、过高的当量比、模型发动机第一级燃烧室加入燃料过多会使发动机壅塞,影响隔离段的正常工作,进而影响加热器喷管工作。     

凹腔布置方案对气化煤油超声速燃烧特性的影响

针对两种凹腔布置方案,模拟马赫数6.0的来流条件,采用气化RP-3开展了一系列直连式燃烧试验。依据燃烧流场的可见光图像、燃烧室壁面静压分布和推力增益,对比分析了凹腔布置方案对气化煤油超声速燃烧特性的影响。结果表明,凹腔布置方案和当量比对燃烧室内的火焰分布、燃料的释热特性和发动机燃烧性能有显著影响。并联凹腔的火焰与释热主要集中在凹腔附近,燃料比冲对当量比不敏感;单凹腔的火焰与释热分布更加分散,燃料比冲随当量比的增加而提高。     

高速气流条件下的喷嘴与火焰稳定器匹配特性研究

针对亚燃冲压发动机燃烧室内部流动特点,在二元稳定器气流试验装置中使用拍摄OH基自发光辐射的方法,研究了火焰稳定器与喷嘴以不同间距匹配情况下的燃烧特性,利用气液两相流模型数值仿真手段,分析了试验工况下燃油雾化液滴与稳定器后方油气比的分布情况.通过对比分析认为,高速气流条件下喷嘴与火焰稳定器间距变化对反应流场影响明显,喷-...     

进气道角度对含硼推进剂固冲发动机性能的影响

为了提高含硼推进剂固体火箭冲压发动机内硼颗粒的燃烧效率,采用颗粒轨道模型进行了补燃室两相流的数值模拟,其中硼颗粒的点火和燃烧模型采用的是King模型,建立了发动机补燃室内简单反应流模型,在该模型下研究了进气道的位置对非壅塞固体火箭冲压发动机燃烧效率的影响,并在此基础上进行直连式试验研究.结果表明,后进气道角度为60°时的燃烧效率比90°时高.     

超燃冲压发动机燃烧室构型优化的试验研究

在直连式超燃冲压发动机试验系统上,通过调节超燃冲压发动机燃烧室壁面扩张角和燃料喷注位置,对燃烧室构型优化进行了试验研究。为了提高试验效率,燃烧室形面调节采用正交试验设计方法进行组织,每个形面进行5种喷注位置的试验,每次试验通过文氏管调节3个当量比的燃料流量。利用试验数据构造燃烧室性能关于构型参数的响应面模型,可用于燃烧室构型优化。通过两次渐进优化获得了性能更优的燃烧室构型,并根据试验数据分析了各构型参数对燃烧室性能的影响,结果表明:优化构型燃烧室的推力增益比基准构型增大了10.4%;燃烧室性能受各构型参数的强烈耦合影响。     

溅板式层板喷注单元燃烧特性数值分析

为了获得喷注单元结构参数对喷注器燃烧特性的影响规律,利用数值分析方法对单喷嘴溅板式层板喷注单元气-气燃烧特性进行研究,考察燃烧室特征长度及出口层喷嘴宽度对气氧/甲烷流动及燃烧特性的影响。在求解气-气燃烧流场方面,采用带化学反应的湍流N-S方程进行描述,其中化学动力学反应模型采用简化的单步9组分模型。研究结果表明:燃烧室特征长度的增大有利于特征速度效率的增加;该条件下采用溅板式层板喷注单元所对应的燃烧室特征长度约为600 mm。对比分析发现,出口层喷嘴宽度取0.15 mm时,水组分摩尔分数与热力计算值差别最大;当其值取1.05 mm时,燃烧室头部区域截面温度上升最快,取0.45 mm时上升最慢。总的来说,出口层喷嘴宽度取0.75 mm时,燃烧长度最短,燃烧效率最大。     

基于敏感性分析和准稳态假设简化详细反应机理

发展了一套基于敏感性分析和准稳态假设来简化复杂化学动力学机理系统的方法。采用等压均相反应器燃烧模型和详细化学动力学机理计算特定工况下的自燃过程。通过对详细机理计算结果的敏感性分析后删除其中的冗余组分和冗余反应,简化得到基干反应模型。再找出基干机理中反应速率较快,浓度较低的组分假定为稳态组分,使用准稳态假设方法简化得到总包反应模型。最后以甲烷燃烧的GriMech1.2详细机理为例分析得到了简化机理并计算了着火延迟时间,与详细机理所得的结果进行比较验证,得到了较好的结果。     

金属/水反应燃料内燃机定容燃烧仿真计算

以某型内燃机为研究对象,对内燃机燃烧室结构进行了改进性设计,以提高金属/水反应燃料的燃烧效率和动力输出为目的,在建立燃烧反应动力学模型的基础上,利用Fluent仿真软件,采用SIMPLE算法对燃烧室进行了2维流场模拟仿真。仿真计算结果表明:金属/水反应燃料的最高燃烧压力可达到1 000 MPa,1 kg燃烧产物中只有7.197 3e-3g氧化氮产物,燃烧速度最高可达7.5e4m/s,说明在改进燃烧室结构后,金属/水反应燃料的燃烧效率和内燃机性能都得到了显著提高。     

发动机冷却燃料做功潜力?分析

在高马赫数飞行下,用燃料冷却超燃冲压发动机壁面的冷却需求量大于发动机燃烧量。为了降低燃料的冷却量以及实现燃料冷却量和燃烧量的匹配,采用?分析法对超燃冲压发动机壁面燃料冷却工质进行做功潜力分析。发动机壁面冷却燃料的特性决定其热量?大小。根据发动机壁面温度分布、热流密度分布计算热量?,建立稳定流动燃料工质的?平衡方程。结果表明：在壁面最高温度为1200K时,传入壁面的热量为562.4kW,其中理论热量?为541.3kW;冷却燃料工质流量的增加,最大输出功减小;燃料工质出口温度增加,输出功减小,燃料工质出口压力增加,输出功基本不变。     

超燃冲压发动机燃烧室中双凹腔对引导氢分布的影响

为了研究超燃冲压发动机燃烧室中多个凹腔对气体燃料分布的影响,运用数值仿真的方法模拟了引导氢(氢气作为引导气体引燃煤油)的分布情况.从三个方面对仿真结果进行分析,首先对比了串联凹腔燃烧室和单凹腔燃烧室中的燃料分布,结果表明后凹腔的存在使得双凹腔燃烧室下游的氢气射流中心更偏向主流;其次比较了前后凹腔同一位置的燃料分布情况,结果表明前凹腔中氢气在展向方向分布更广,后凹腔中氢气在横向方向分布更宽;最后对比了并联凹腔燃烧室和单凹腔燃烧室内的燃料分布情况,结果表明并联凹腔对气体燃料的分布影响不大.     

发动机冷却燃料超临界压力下做功潜力㶲分析

在高马赫数飞行下,超燃冲压发动机的燃料冷却量大于燃料燃烧量。为了降低燃料的冷却量以及实现燃料冷却量和燃烧量的匹配,采用分析法对超燃冲压发动机壁面燃料冷却工质在超临界压力下进行做功潜力分析。发动机壁面冷却燃料的特性决定其热量大小。根据发动机壁面温度分布、热流密度分布计算热量,建立稳定流动燃料工质的平衡方程。结果表明:在壁面最高温度为1200 K时,传入壁面的热量为562.4 k W,其中理论热量为541.3 k W;冷却燃料工质流量增加,最大输出功减小;燃料工质出口温度增加,输出功减小;燃料工质出口压力增加,输出功基本不变。     

非线性高频振荡燃烧的研究

用数值模拟的方法研究了液体火箭发动机高频振荡燃烧的形成和发展过程。气相控制方程用欧拉坐标系下的Navier－Stokes方程组描述，液相控制方程在Lagrangian坐标系下描述，并采用高压蒸发燃烧模型。从计算的结果可以看出，当燃烧室内发生高频振荡燃烧时，在喷注面附近和燃烧室收敛段这两个区域内压力的波动幅度较大；通过对压力、混合气体温度及速度在振荡燃烧情况下的比较，得出了振荡燃烧发生时发动机内部两相流场的脉动频率与燃烧室固有频率相耦合的结论。     

基于动网格的装药燃烧的燃面退移仿真

为了研究某型弹射器燃烧室装药在燃烧过程中的变化特性,以Fluent软件为计算平台,运用加质源项技术和动网格技术,采用UDF编译来实现燃气的质量、动量、能量向燃烧室的注入,在装药燃烧燃面退移的过程中,通过DEFINE_GRID_MOTION宏定义燃面的变化规律,结合k-ε两方程湍流模型对装药的非稳态燃烧过程进行三维数值仿真。计算得出了装药燃面推移图像,分析了燃烧室内的流场状态变化、燃气在燃烧室内的传播规律,并分析了减面燃烧对弹射器燃烧室内压强的影响。研究表明,该方法能够成功地求解装药燃烧的非稳态过程,较好地仿真燃面退移过程,所得结果可以为弹射器燃烧室的性能研究和结构设计提供理论依据。     

非壅塞固体火箭冲压发动机及其贫氧推进剂

研究了非壅塞固体火箭冲压发动机的工作特性。研制出了能量高、燃速高、燃速压强指数高、低压燃烧性能好的铝镁贫氧推进剂配方。采用连管式试验与数值分析相结合的方法 ,对非壅塞固体火箭冲压发动机性能进行了系统的研究     

超声速燃烧火焰放热区结构CH-PLIF成像技术

超燃冲压发动机是吸气式高超声速飞行器的关键部件之一，超燃冲压发动机燃烧室内火焰结构的研究对揭示超声速燃烧的稳焰机理具有重要意义。利用平面激光诱导荧光（Planar Laser-Induced Fluorescence，PLIF）技术测量了超声速燃烧直连式试验台燃烧过程中重要自由基CH的二维分布，实现了超声速燃烧火焰放热区结构的可视化。在开敞空间的低速射流火焰炉中使用甲烷/空气预混火焰对CH-PLIF技术进行了初步验证和系统优化，再利用CH-PLIF技术在凹腔稳焰的超燃直连台上实现了超声速燃烧火焰放热区结构的二维可视化，并与OH-PLIF和CH自发辐射测量结果进行了对比。实验结果表明，在开敞空间的低速射流预混火焰中，火焰放热区会发生扭曲、褶皱和分裂等现象，随着雷诺数的增大，火焰锋面褶皱程度更加显著；在凹腔稳焰的超声速燃烧中，火焰放热区高度褶皱和破碎，放热区结构的厚度为0.5～6.5 mm，同时也存在放热区的分裂与剥离等现象。CH-PLIF技术能够以较高的空间分辨率更准确地呈现凹腔超声速火焰放热区的结构，其在凹腔稳焰的超声速燃烧诊断中具有重要的应用价值。     

自燃推进剂液体火箭发动机燃烧室设计简化模型

本文提出了一个自燃推进剂液体火箭发动机燃烧室设计简化模型。与 Priem 基本模型不同,本文考虑了燃料分解反应,液滴二次雾化以及燃烧室截面上混合比和流强的不均匀性对燃烧效率的影响。文中导出了计算所需的全部公式,提出了计算程序。应用本方法计算了 C 发动机的燃烧效率。计算效率与试验结果相当符合,其误差在1～5%以内。文中还给出了燃料总蒸发速率和单位长度上的蒸发速率随该发动机燃烧室轴向距离变化的曲线。曲线表明,分解反应,液滴二次雾化和液滴尺寸分布对蒸发速率的影响很大。最后讨论了本模型使用的条件。     

支板喷射超声速燃烧流场三维大涡模拟

利用火焰面模型和混合LES/RANS方法对某支板构型超燃冲压发动机进行模拟,讨论了化学反应对湍流流场的影响,并比较了3D和2D模拟的差别.结果表明,不考虑化学反应时剪切层中的大尺度结构控制着整个混合过程,且剪切层具有明显的三维特性;2D模拟能捕捉到涡的配对与合并现象,而3D模拟中涡的拉伸、扭曲及破碎特性更加显著;考虑化...     

喷注方式对双模态冲压发动机燃烧稳定性的影响

在模拟飞行马赫数Ma=4的直连式试验设备基础上,采用固定几何双模态冲压发动机燃烧室构型,使用液体煤油作为燃料,并用火炬式点火器点火,研究不同喷注方式下的火焰稳定性。试验研究表明:在加热器来流总温、总压较低的条件下,火焰稳定较难实现;煤油喷注方式对双模态冲压发动机燃烧室内燃烧稳定性影响很大。