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大庆RP-3航空煤油热物性分析

推进技术 2006年第2期27卷 187-192页

作者：范学军俞刚中国科学院力学研究所北京100080

针对广泛应用于超燃冲压发动机的吸热碳氢燃料,简要介绍了用于模拟燃料热物理特性的替代燃料方法和广义对应状态法则。以大庆RP-3航空煤油为例,选择了一个由49%(摩尔比)正十烷,44%1,3,5-三甲基环己烷以及7%正丙基苯组成的替代煤油用来模... 详细信息

针对广泛应用于超燃冲压发动机的吸热碳氢燃料,简要介绍了用于模拟燃料热物理特性的替代燃料方法和广义对应状态法则。以大庆RP-3航空煤油为例,选择了一个由49%(摩尔比)正十烷,44%1,3,5-三甲基环己烷以及7%正丙基苯组成的替代煤油用来模拟RP-3航空煤油进行热物理特性研究,并采用广义对应状态法则对替代煤油热力学和输运特性进行了数值研究。在此基础上,提出了预测超临界态流体通过音速喷管流量的新方法并得到了实验验证。

关键词：航空煤油替代燃料^+ 广义对应状态法则^+ 超临界态^+ 音速喷管流量计^+

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超临界煤油超声速燃烧特性实验

推进技术 2006年第1期27卷 79-82页

作者：范学军俞刚中国科学院力学研究所北京100080

针对各种温度、压力下，马赫数2．5流场中超临界煤油的超声速燃烧性能进行了实验研究。研制并测试了一个新型二级煤油加热系统，该系统能够把0．8kg的煤油在5．5MPa压力下加热至至950K而不产生严重的结碳。超声速燃烧试验表明，在相同... 详细信息

针对各种温度、压力下，马赫数2．5流场中超临界煤油的超声速燃烧性能进行了实验研究。研制并测试了一个新型二级煤油加热系统，该系统能够把0．8kg的煤油在5．5MPa压力下加热至至950K而不产生严重的结碳。超声速燃烧试验表明，在相同的来流和燃料当量比条件下，超临界煤油的燃烧效率比室温煤油提高10％～15％，与氢气泡雾化的燃烧效率相当。

关键词：煤油超音速燃烧超临界态二级加热器

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高温壁面热流与温度一体化测量传感器研究

实验流体力学 2012年第1期26卷 93-99页

作者：李龙范学军王晶中国科学院力学研究所高温气体动力学重点实验室北京100190

为了测量超燃冲压发动机燃烧室的热环境,从Gardon热流计原理出发,发展了一套水冷热流/壁温一体化测量技术。采用热阻分析方法,对传感器的热结构进行了分析与优化设计。测试了多种隔热与外壳材料对传感器响应特性的影响。通过辐射加热方... 详细信息

为了测量超燃冲压发动机燃烧室的热环境,从Gardon热流计原理出发,发展了一套水冷热流/壁温一体化测量技术。采用热阻分析方法,对传感器的热结构进行了分析与优化设计。测试了多种隔热与外壳材料对传感器响应特性的影响。通过辐射加热方式对传感器进行了标定,获得了热流/电压、壁温/热流的标定曲线。采用该传感器,在模拟马赫数6、总温1800K的来流条件下,对超声速燃烧室的热环境进行了初步测量,获得了与传热分析相一致的结果。

关键词：热流壁温热阻超声速燃烧热环境

超声速燃烧数值模拟中复杂化学反应的建模方法

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空气动力学学报 2020年第3期38卷 552-576页

作者：吴坤范学军中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

高保真度的数值模拟有助于研究超声速条件下点火、熄火、火焰传播以及稳焰等关键物理-化学过程,推动对冲压发动机中复杂燃烧现象的准确理解与可靠预测。然而,实际发动机中碳氢燃料燃烧导致的广泛时空尺度对湍流燃烧的建模带来了极大的... 详细信息

高保真度的数值模拟有助于研究超声速条件下点火、熄火、火焰传播以及稳焰等关键物理-化学过程,推动对冲压发动机中复杂燃烧现象的准确理解与可靠预测。然而,实际发动机中碳氢燃料燃烧导致的广泛时空尺度对湍流燃烧的建模带来了极大的挑战。为此,必须首先解决超声速燃烧数值模拟中复杂化学反应的高保真建模问题。本文对超声速燃烧模拟中湍流-化学反应相互作用模型、机理简化以及求解加速方法的研究现状进行了总结。以典型燃料燃烧建模为主线,介绍了复杂化学反应的高保真建模方法以及不同化学反应机理在超燃模拟中的适用性及其影响。以反应机理三层次保真度评估体系为基础,进一步明确了简化机理在超燃数值模拟中的优势与不足,阐明了动态自适应化学方法在研究超声速条件下细致燃烧过程的必要性和可行性。

关键词：超声速燃烧碳氢燃料复杂化学反应简化反应机理动态自适应化学

脉冲纹影技术及其在超声速燃烧室流场显示中的应用

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推进技术 2013年第1期34卷 42-46页

作者：袁越明杨猛张泰昌范学军中国科学院力学研究所/高温气体动力学国家重点实验室北京100190

超声速燃烧室内部流场具有流速快、温度高、背景光辐射强等特点,其流场显示较为困难。为此设计了一套脉冲纹影系统,该系统通过缩短曝光时间来冻结流场;另一方面,利用脉冲火花光源在短曝光时间内脉冲放电能量远高于燃烧室背景辐射能量的... 详细信息

超声速燃烧室内部流场具有流速快、温度高、背景光辐射强等特点,其流场显示较为困难。为此设计了一套脉冲纹影系统,该系统通过缩短曝光时间来冻结流场;另一方面,利用脉冲火花光源在短曝光时间内脉冲放电能量远高于燃烧室背景辐射能量的特点,有效消除了燃烧室背景辐射的影响。利用该系统对马赫数3.0的超临界煤油燃烧流场结构进行研究,得到了超临界煤油燃烧过程的清晰流场结构图像及其演化过程。

关键词：脉冲纹影超声速燃烧超临界煤油流场显示

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高度欠膨胀声速射流的自相似特性

航空动力学报 2017年第1期32卷 177-187页

作者：李晓鹏姚卫范学军中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

构建了高压气体射流模型和高分辨率的计算网格,对喷压比(NPR)为5.60、流动雷诺数Re为105量级的高度欠膨胀射流进行了三维大涡模拟(LES)计算.讨论了时均的射流近场结构,发现大涡模拟成功捕捉到了高度欠膨胀射流近场的典型波系结构,并与... 详细信息

构建了高压气体射流模型和高分辨率的计算网格,对喷压比(NPR)为5.60、流动雷诺数Re为105量级的高度欠膨胀射流进行了三维大涡模拟(LES)计算.讨论了时均的射流近场结构,发现大涡模拟成功捕捉到了高度欠膨胀射流近场的典型波系结构,并与文献结果吻合较好.研究着重定量考察流向速度和氮气质量分数的分布规律,以揭示高度欠膨胀射流的自相似特性.结果表明:在射流核心区之后,不同流向位置上流向速度和氮气质量分数沿径向的分布呈现出与亚声速射流类似的自相似特性.但射流流场开始呈现自相似的位置仍然为超声速,这是高度欠膨胀射流自相似特性的独有特征.提出了高斯拟合公式,在靠近和远离射流中心线的区域内均可较好地表征射流的自相似特性.此外,还考察了射流剪切层的发展特征,比较了计算得到的射流剪切层增长率与先前实验测量结果的差异,并分析了其中可能的原因.

关键词：高度欠膨胀射流大涡模拟自相似特性高斯拟合剪切层发展

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超声速燃烧中的特征尺度及影响因素

航空动力学报 2013年第7期28卷 1458-1466页

作者：李晓鹏张泰昌齐力范学军中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院高超声速科技中心北京100190

针对超燃冲压发动机典型的飞行条件,分别以氢气、乙烯和煤油(由质量分数为0.8的正十烷和0.2的三甲基苯化学替代)作为燃料,分析了超声速燃烧中的特征尺度及其影响因素,给出了细致的超燃冲压发动机工作范围,并探讨了火焰面模型在超声速燃... 详细信息

针对超燃冲压发动机典型的飞行条件,分别以氢气、乙烯和煤油(由质量分数为0.8的正十烷和0.2的三甲基苯化学替代)作为燃料,分析了超声速燃烧中的特征尺度及其影响因素,给出了细致的超燃冲压发动机工作范围,并探讨了火焰面模型在超声速燃烧数值模拟中的适用性.结果表明:从氢气、乙烯到煤油,超燃冲压发动机工作范围依次减少,丹姆克尔数(Da)呈现量级的变化,火焰模式以旋涡小火焰为主,其中Taylor尺度起着关键性作用.同时也发现:相对于亚声速燃烧,在超声速燃烧的数值计算中,对能否采用火焰面模型还需要更加仔细的考虑.

关键词：超声速燃烧火焰模式湍流特征尺度超燃冲压发动机工作范围火焰面模型

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带主动冷却的超声速燃烧室传热分析

推进技术 2009年第5期30卷 513-517,532页

作者：仲峰泉范学军俞刚中国科学院力学研究所/高温气体动力学重点实验室北京100190

介绍了流体、固体传热耦合的一维分析方法,对带主动冷却系统的马赫数2.5超声速燃烧室进行了传热分析。该分析以实验测量的燃烧室壁面静压以及超临界煤油换热特性数据为基础,考虑了燃气的高温离解效应,燃烧特性以及碳氢燃料的高温热物理... 详细信息

介绍了流体、固体传热耦合的一维分析方法,对带主动冷却系统的马赫数2.5超声速燃烧室进行了传热分析。该分析以实验测量的燃烧室壁面静压以及超临界煤油换热特性数据为基础,考虑了燃气的高温离解效应,燃烧特性以及碳氢燃料的高温热物理特性,对不同燃烧状态、冷却条件下的主动冷却过程进行了分析。结果表明有燃烧时壁面热流可高达1MW/m2以上,是无燃烧时的2～3倍。当煤油流量较小时(当量比为0.45),冷却后的壁面温度仍偏高,而且冷却壁内温度分布不均匀。随着煤油流量的增加,冷却效果明显提高,冷却壁内温度分布趋于均匀;并且煤油的出口温度也显著减小。

关键词：超声速燃烧室主动冷却传热分析超临界态煤油替代模型

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逆流管翅式空气预冷器及其流动换热计算方法

推进技术 2023年第8期44卷 147-154页

作者：陈志霄陆阳范学军中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

空气预冷器用于在短时间内将高温来流空气高效冷却,是预冷吸气式空天发动机的核心部件。提出一种逆流管翅式的空气预冷器换热构型,经过与SABRE预冷器构型的比较,说明该新构型的预冷器可实现性更好。针对该构型,基于换热单元内部热通量... 详细信息

空气预冷器用于在短时间内将高温来流空气高效冷却,是预冷吸气式空天发动机的核心部件。提出一种逆流管翅式的空气预冷器换热构型,经过与SABRE预冷器构型的比较,说明该新构型的预冷器可实现性更好。针对该构型,基于换热单元内部热通量平衡的基本假设,提出了一套流动及冷却效果的计算评估方法,考虑了冷却剂以及空气的流动摩擦损失。为解决以复杂碳氢燃料为冷却工质的空气预冷器设计难题,高温空气物性的计算使用NASA的物性拟合公式,碳氢燃料冷却工质及其裂解产物的物性计算,采用组分替代模型结合SUPERTRAPP物性计算子程序来实现;当燃料达到裂解温度后,采用燃料裂解机理计算更新燃料组分。此外为验证计算模型及程序的准确性,利用CFD软件与该程序进行同工况的比较计算,初步验证了该方法的可靠性,且采用本方法进行考虑碳氢燃料裂解的空气预冷器的典型工况计算,时间不超过30min。这一兼顾准确性和运算效率的新方法可用于逆流管翅式空气预冷器性能的快速评估。

关键词：空气预冷器管翅逆流式碳氢燃料裂解