● 摘要
支板是超燃冲压发动机燃烧室应用广泛的增强燃料喷注以及稳焰的装置之一。研究表明，支板后的亚声速回流区可作为稳定火焰的主要区域。同时，支板可以将燃料直接带入主流中，实现燃料在燃烧室内的均匀混合。凹腔结构具有良好的提高点火性能以及稳定火焰的功能，其内部的火焰常作为超声速燃烧室中的常驻火源。本文分别对带支板构型和支板/凹腔构型的超声速燃烧室流场进行了数值模拟，研究了两种支板构型和支板上不同的喷油位置对燃料掺混性能的影响，以及在采用凹腔加强燃烧室稳火的条件下支板对燃烧性能的影响。同时，通过直联试验台，对支板/凹腔构型燃烧室进行了研究，获得了初步的实验结果，并验证了数值计算。
对于入口马赫数2.0，总温1231K和1048K的超声速燃烧室，对带支板和带支板/凹腔的燃烧室构型，应用湍流模拟方法（RANS）对燃烧室流场进行了冷态和热态数值模拟，得到了详细的流场漩涡结构和燃料浓度分布信息。文中采用离散相模型中适用于高韦伯数流体的波动破碎模型，模拟煤油液滴的雾化蒸发过程，采用有限速率涡耗散的单步反应模型模拟煤油燃烧。不同支板构型的冷流数值结果表明，支板后缘结构可以促使流场中流向涡的产生，而流向涡促进了流场中燃料的混合，提高了燃料的掺混效率。同时还发现，支板上燃料喷射位置越靠前，燃料掺混程度越高。支板/凹腔燃烧室构型的数值计算和试验结果表明，数值仿真冷流场和燃料喷雾场准确性高，热流仿真中需进一步引入煤油燃烧简化机理。数值结果显示，支板后缘结构有助于提高燃烧室燃烧效率；试验结果表明，在一定当量比范围内，支板喷射位置对燃烧性能影响不大。
相关内容
相关标签