【摘要】：本文針對超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)燃?xì)鈬娏髋c主流干擾問題及非定常燃燒流場特性問題開展研究,對燃?xì)鈬娏鞒羲偃紵鲌鲞M(jìn)行了數(shù)值模擬,探究了燃?xì)鈬娏髁鲃訁?shù)與脈沖噴流時間效應(yīng)對燃燒室流場結(jié)構(gòu)及燃燒特性的影響。首先,闡述了國內(nèi)外超聲速燃燒流場數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展以及燃料噴注方案應(yīng)用的現(xiàn)狀,指出了非定常燃料噴注方案促進(jìn)燃料摻混與燃燒的優(yōu)勢以及脈沖噴流參數(shù)選擇的不確定性,由此表明了本文研究工作的必要性。其次,介紹了本文研究工作所運(yùn)用的數(shù)值模擬計算方法,基于不同物理模型冷流流場和燃燒流場數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比,證明了選用的數(shù)值模擬方法可行性。然后,對定常橫向噴流超聲速燃燒特性進(jìn)行研究。對帶楔板/凹腔組合結(jié)構(gòu)的直連式二維燃燒室內(nèi)流場進(jìn)行了研究與分析,討論了楔板結(jié)構(gòu)、噴流靜壓、噴流角度對燃燒流場特性的影響,對噴主流干擾燃燒流場有了明確而清晰的認(rèn)識。最后,對非定常橫向噴流超聲速燃燒特性進(jìn)行研究,分析了后臺階/擴(kuò)張段的直連式二維燃燒室內(nèi)非定常脈沖噴流燃燒流場結(jié)構(gòu)與特性。定義了氫氣摻混量與氫氣燃燒量作為特征參數(shù),對脈沖流場中的氫氣摻混與燃燒特性進(jìn)行了分析,說明了兩類脈沖噴流參數(shù)的確定方法,以及占空比與脈沖頻率對脈沖噴流燃燒流場的影響特性與規(guī)律。并根據(jù)本文研究結(jié)果,對脈沖燃料噴注方案的設(shè)計給出了建議。論文研究成果在超燃沖壓發(fā)動機(jī)復(fù)雜燃燒內(nèi)流流動分析與燃?xì)鈬娏魅紵鲌鎏匦苑治龇矫?具有一定的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V235.21
【圖文】：

非定常噴流超聲速燃燒流場數(shù)值模擬與特性分析從理論轉(zhuǎn)為實(shí)際。壓發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖在圖 1.2 中給出，主要包括四個組成部件：進(jìn)氣道噴管。空氣經(jīng)由進(jìn)氣道壓縮增壓后流入隔離段，在隔離段中穩(wěn)流后，較入燃燒室，燃料與超聲速氣流在燃燒室內(nèi)發(fā)生摻混燃燒，最后通過尾噴超聲速燃燒室作為超燃沖壓發(fā)動機(jī)的核心部件，在工作過程中內(nèi)部流場激波結(jié)構(gòu)、各種渦系、附面層以及相互之間的干擾。由于超聲速來流在動機(jī)內(nèi)停留的時間僅為幾毫秒，在毫秒量級內(nèi)想要實(shí)現(xiàn)空氣與燃料的高注方案的選擇與設(shè)計成為了最直接且有效的技術(shù)手段之一。

圖 1.3 氦氣質(zhì)量分布分布朗權(quán)等[54]將正弦脈沖噴流置于三角翼渦流發(fā)生器后，探究了不的穿透特性，結(jié)果表明在較低噴主流靜壓比條件下，脈沖射流，但穿透深度較低。周松柏[55]在 NAL 雙模態(tài)沖壓發(fā)動機(jī)模型噴流條件時保持與定常噴流氫氣質(zhì)量流量相同，發(fā)現(xiàn)脈沖噴流減弱，隔離段分離區(qū)減小，有利于減小隔離段長度。同時還發(fā)大了與空氣的接觸面積，能與空氣在更短的燃燒室流向區(qū)域內(nèi)有利于縮短發(fā)動機(jī)燃燒室長度。脈沖噴流參數(shù)的設(shè)置并沒有一個特定的法則，而脈沖噴流由于現(xiàn)出了明顯的促進(jìn)作用，因此脈沖噴流對流場的干擾特性值得

來流馬赫數(shù) Ma3.75 ，來流總壓0p1.2 MPa，來流總噴出純氮?dú)�，噴流馬赫數(shù) 1.0jMa ，噴流總壓0 0.31jp 1K。計算網(wǎng)格如圖 2.1 所示，采用四邊形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，在噴，與k SST 湍流模型相對應(yīng)的 y+應(yīng)小于 1，所以第一層圖 2.1 二維平板氮?dú)鈾M向噴流計算網(wǎng)格模擬與實(shí)驗(yàn)平板壁面壓力系數(shù)對比，這里定義的壓力系數(shù)中可以看出，壁面壓力系數(shù)變化趨勢基本一致，噴口上游而噴口后回流區(qū)大小較實(shí)驗(yàn)值略大，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中的氮中的二維氮?dú)鈬娏髟趪娏鞔┩父叨确秶鷥?nèi)完全堵塞主流，

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