為了探究障礙物對脈沖爆震火箭發(fā)動機(jī)（pulse detonation rocket engine,PDRE）在無閥自適應(yīng)工作方式下燃料與氧化劑填充過程的影響,采用汽油為燃料,富氧空氣為氧化劑,開展了裝有4種障礙物的無閥式PDRE兩相單次填充過程的數(shù)值模擬及PDRE多循環(huán)爆震實驗研究。研究結(jié)果表明:障礙物阻礙了燃料向爆震管尾部的填充,使得填充結(jié)果存在極大的軸向和徑向不均勻性,燃油液滴在爆震管頭部和管壁附近聚集,孔板型障礙物對燃料的填充有嚴(yán)重的阻礙作用;Shchelkin螺旋、螺旋凹槽和環(huán)形凹槽可以實現(xiàn)爆震起始與穩(wěn)定傳播,而孔板無法實現(xiàn)爆震起始。 

【文章來源】：西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2020,38(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

爆震管及障礙物示意圖

為了獲得不同部位燃料液滴填充情況,在爆震管Z=22,148,242,465 mm等位置處取徑截面及X=0 mm處取對稱軸截面進(jìn)行分析,具體截面位置分布如圖2所示。2.1 液滴分布

不同障礙物影響下的X=0軸截面氧氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布如圖3所示。由圖3可見,各障礙物影響下的氧氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)在軸向和徑向的分布基本均勻,4種障礙物對氧氣的填充結(jié)果影響主要體現(xiàn)在爆震管的后半段。由于向凸起式障礙物相對于凹槽式障礙的流阻更大,使得裝有Shchelkin螺旋和孔板的爆震管后半段的氧氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)略小于裝有環(huán)形凹槽和螺旋凹槽的爆震管。但從氧化劑填充的總體結(jié)果來看,不同形狀障礙物對氧化劑填充的影響很小,可以近似忽略。圖4為不同障礙物影響下的X=0軸截面液滴體積分布圖。對于氧氣體積分?jǐn)?shù)為40%的富氧空氣,與化學(xué)恰當(dāng)比對應(yīng)正辛烷體積分?jǐn)?shù)約為0.02%。從圖4中可以看出,液滴的分布存在極大的軸向不均勻性。液滴大量聚集在爆震管的頭部和壁面上,而爆震管軸線附近液滴分布較少。在爆震管頭部聚集的液滴會使得爆震管的頭部在2次爆震循環(huán)之間存在大量未完全燃燒的高溫產(chǎn)物,這些高溫產(chǎn)物容易提前引燃下一個循環(huán)填入的燃油,從而使得爆震隔離失效。由于脈沖爆震發(fā)動機(jī)多循環(huán)連續(xù)工作,爆震管的管壁溫度會快速升高,使得在爆震管壁面的液滴可以快速蒸發(fā),改善填充效果,有助于爆震的起始與傳播。本數(shù)值計算中未考慮爆震管壁溫對填充的影響,因此大量液滴附著在管壁上。Shchelkin螺旋使得填充氣流產(chǎn)生螺旋,更多液滴在經(jīng)過障礙物段后附著在爆震管后部的管壁上,且有少部分液滴被阻塞在障礙物段前。在有螺旋凹槽和環(huán)形凹槽的爆震管中,大量液滴在填充過程中進(jìn)入凹槽中,阻礙了液滴向爆震管后端的填充。孔板對液滴填充的影響主要體現(xiàn)在孔板會將大量液滴阻塞在障礙物段前,嚴(yán)重阻礙了液滴向爆震管后的填充,但孔板會使得液滴在經(jīng)過障礙物后在爆震管中分布得更均勻,減少液滴在爆震管后部管壁上的附著。


本文編號：3334525