本文關(guān)鍵詞：非預(yù)混噴注條件下旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機三維數(shù)值研究

  更多相關(guān)文章： 旋轉(zhuǎn)爆震 流場結(jié)構(gòu) 摻混 噴注方式 發(fā)動機性能 數(shù)值模擬

【摘要】：旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機是一種基于爆震燃燒形式的新型發(fā)動機。不僅具有脈沖爆震發(fā)動機的熱循環(huán)效率高、爆震燃燒產(chǎn)物的污染小等優(yōu)點,而且只需單次點火即可連續(xù)工作并產(chǎn)生穩(wěn)定的推力,具有非常廣闊的前景。本文的主要研究內(nèi)容是通過數(shù)值模擬研究非預(yù)混噴注條件下旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機的工作特性。主要進行了以下工作：(1)基于理想氣體假設(shè),采用高精度高分辨迎風通量分裂格式(AUSMPW+),時間項采用四步龍格-庫塔法,求解三維雷諾時均N-S方程。對旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機燃料與氧化劑進行冷流摻混的三維數(shù)值研究。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果,詳細闡述了燃料與氧化劑冷流摻混的流場特性,對比分析了不同噴注結(jié)構(gòu)(噴注位置、噴注角度、單雙側(cè)噴注)及不同的計算工況(質(zhì)量流率、出口反壓、當量比)等因素對三維冷流流場及摻混的影響,并利用摻混度定量評價了氣氣摻混的程度。研究結(jié)果表明：隨著H2噴注位置的前移,摻混效果有明顯提高；噴注角度的改變對H2/Air的摻混效果有很大的影響,其中逆噴的摻混效果相對較好；對單側(cè)孔或雙側(cè)孔噴注而言,雙側(cè)孔噴注方式的摻混效果明顯高于單側(cè)孔噴注方式；在本文給定的計算參數(shù)條件下,對于同一噴注結(jié)構(gòu),摻混效果隨著入口質(zhì)量流率的增大而降低；提高出口反壓,能提高摻混效果,當量比對摻混度的影響較小,隨著當量比的提高,摻混效果稍有提高,但提高幅度非常小。(2)基于理想氣體假設(shè),忽略粘性、熱傳導(dǎo)、擴散等輸運效應(yīng),采用高精度高分辨迎風通量分裂格式(AUSMPW+),時間項采用四步龍格-庫塔法,加入7組分8步基元反應(yīng),求解帶化學(xué)反應(yīng)的三維Euler方程。對非預(yù)混條件下的旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機工作過程進行三維的數(shù)值研究。深入分析了非預(yù)混條件下的旋轉(zhuǎn)爆震波流場結(jié)構(gòu),結(jié)合冷流摻混特性,探討了燃料噴注方式及不同的計算工況等因素對發(fā)動機性能的影響。研究結(jié)果表明：本文所用方法可有效模擬燃料與氧化劑非預(yù)混噴注的旋轉(zhuǎn)爆震波流場,在給定的計算參數(shù)下,隨著燃料噴注位置的前移,發(fā)動機性能明顯提高；燃料噴注角度對發(fā)動機性能影響較小,隨著噴注角度的減小,發(fā)動機性能逐漸提高,提高幅度較��；燃料雙側(cè)噴注的性能明顯優(yōu)于單側(cè)噴注。旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機的性能與燃料／氧化劑的冷流摻混效果成正比。在保證其他參數(shù)不變情況下,隨著入口質(zhì)量流率的提高,發(fā)動機推進性能明顯提高,爆震波的高度先逐漸增大后減��；隨著外界反壓的增大,發(fā)動機的平均推力、基于混合物的比沖及爆震波高度逐漸減小,發(fā)動機的傳播速度逐漸提高；隨著當量比的提高,發(fā)動機的推力、比沖及爆震波傳播速度逐漸提高,但提高幅度逐漸減小,爆震波的高度基本不變。
【關(guān)鍵詞】：旋轉(zhuǎn)爆震 流場結(jié)構(gòu) 摻混 噴注方式 發(fā)動機性能 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V430
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 緒論14-25
• 1.1 旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機的研究背景與意義14-15
• 1.2 RDE的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀15-23
• 1.2.1 RDE的早期的探索研究15-16
• 1.2.2 RDE的實驗的研究現(xiàn)狀16-21
• 1.2.3 RDE的理論數(shù)值研究現(xiàn)狀21-23
• 1.3 非預(yù)混噴注條件下RDE三維數(shù)值研究的必要性23
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容23-25
• 2 旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機冷流摻混特性的數(shù)值研究25-51
• 2.1 數(shù)值模擬方法25-27
• 2.1.1 控制方程25-26
• 2.1.2 湍流流動模型26-27
• 2.2 物理模型27-29
• 2.3 邊界條件29
• 2.4 網(wǎng)格劃分29-30
• 2.5 計算結(jié)果與分析30-49
• 2.5.1 不同燃料噴注位置的結(jié)果分析30-34
• 2.5.2 不同燃料噴注角度的結(jié)果分析34-38
• 2.5.3 單側(cè)孔、雙側(cè)孔對撞及雙側(cè)孔交錯噴注的流場特點及摻混特性分析38-41
• 2.5.4 質(zhì)量流率對燃料與氧化劑冷流摻混影響的結(jié)果分析41-44
• 2.5.5 出口反壓對燃料與氧化劑冷流摻混影響的結(jié)果分析44-47
• 2.5.6 當量比對燃料與氧化劑冷流摻混影響的結(jié)果分析47-49
• 2.6 本章小結(jié)49-51
• 3 非預(yù)混噴注的旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機流場分析51-63
• 3.1 數(shù)值模擬方法51-53
• 3.1.1 控制方程51-52
• 3.1.2 求解方法52
• 3.1.3 邊界條件52-53
• 3.2 數(shù)值驗證53-55
• 3.2.1 守恒定律53-54
• 3.2.2 爆震波的結(jié)構(gòu)及傳播特性54-55
• 3.3 計算結(jié)果分析55-62
• 3.3.1 非預(yù)混條件下旋轉(zhuǎn)爆震的三維流場結(jié)構(gòu)55-57
• 3.3.2 非預(yù)混條件下旋轉(zhuǎn)爆震的周向、軸向及徑向流場結(jié)構(gòu)分析57-62
• 3.4 本章小結(jié)62-63
• 4 旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機工作特性的數(shù)值研究63-83
• 4.1 初始條件及邊界條件63-64
• 4.2 不同噴注結(jié)構(gòu)發(fā)動機的計算結(jié)果分析64-72
• 4.2.1 不同燃料噴注位置的特性分析65-67
• 4.2.2 不同燃料噴注角度的特性分析67-69
• 4.2.3 單側(cè)孔、雙側(cè)孔噴注的特性分析69-71
• 4.2.4 不同結(jié)構(gòu)的發(fā)動機性能與冷流摻混特性對比分析71-72
• 4.3 計算工況對發(fā)動機性能影響的計算結(jié)果分析72-82
• 4.3.1 入口質(zhì)量流率對發(fā)動機性能影響結(jié)果分析72-76
• 4.3.2 外界反壓對發(fā)動機性能影響結(jié)果分析76-79
• 4.3.3 當量比對發(fā)動機性能影響結(jié)果分析79-82
• 4.4 本章小結(jié)82-83
• 5 結(jié)論及展望83-85
• 5.1 本文的主要工作及結(jié)論83-84
• 5.2 本文創(chuàng)新點84
• 5.3 展望84-85
• 致謝85-86
• 參考文獻86-93
• 附錄93

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