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V槽稳定的空气/煤油部分预混火焰吹熄特性分析

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工程热物理学报 2013年第9期34卷 1783-1786页

作者：康忠涛李清廉张新桥国防科学技术大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073

分析了空气/煤油燃气发生器中V槽稳定的部分预混火焰富油吹熄过程的动力学特性.当来流中含有较多未蒸发液滴时,火焰锋面与剪切层存的相互作用比贫油预混火焰更加剧烈。当火焰面变形率超过熄火变形率之后出现局部熄火现象,反应物对流进... 详细信息

分析了空气/煤油燃气发生器中V槽稳定的部分预混火焰富油吹熄过程的动力学特性.当来流中含有较多未蒸发液滴时,火焰锋面与剪切层存的相互作用比贫油预混火焰更加剧烈。当火焰面变形率超过熄火变形率之后出现局部熄火现象,反应物对流进入回流区并在高温燃烧产物的加热下迅速反应生成新的火核重新点燃来流.由于来流中含有大量未蒸发液滴以及燃料空间分布的不均匀,这种"熄火-再点火"频率约为30 Hz,高于贫油预混火焰的10 Hz。燃料蒸发掺混更加均匀使得火焰全部熄灭的现象消失,但存在燃烧不稳定,频率为20 Hz。随着火焰稳定器温度的增加,燃烧振荡的振幅减小,火焰稳定性变好。进一步提高来流当量比,火焰最终被吹熄。

关键词：空气煤油燃气发生器部分预混火焰吹熄动力学

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同轴环缝气流作用下锥形液膜线性稳定性分析

国防科技大学学报 2019年第2期41卷 17-23页

作者：康忠涛李清廉成鹏中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000 国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073 国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

为了分析气液同轴离心式喷嘴的雾化机理,对同轴气体作用下的锥形液膜进行时间稳定性分析,推导同轴气体作用下锥形液膜的色散方程,建立离心式喷嘴出口参数预测模型,用于数值求解色散方程。结果表明:喷嘴出口液膜厚度随着喷注压降的增加... 详细信息

为了分析气液同轴离心式喷嘴的雾化机理,对同轴气体作用下的锥形液膜进行时间稳定性分析,推导同轴气体作用下锥形液膜的色散方程,建立离心式喷嘴出口参数预测模型,用于数值求解色散方程。结果表明:喷嘴出口液膜厚度随着喷注压降的增加而减小,喷雾锥角、液膜速度和轴向速度随着喷注压降的增加而增大。同轴气体作用下液膜由正弦模式的表面波主导,因为正弦模式的表面波增长率远大于曲张模式的表面波增长率。当环缝气体喷注速度较小时,增加气体速度会减小气液相对速度,从而减弱气液相互作用,使得液膜主导表面波增长率和频率减小、破碎时间和破碎长度增加。而当环缝气体速度超过一个临界值后,随着气体速度的增大,液膜主导表面波增长率和频率迅速增大,破碎时间和破碎长度迅速减小。

关键词：锥形液膜同轴环缝气流线性稳定性分析

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空气/煤油/水燃气发生器点火特性试验

国防科技大学学报 2013年第4期35卷 35-40页

作者：张新桥李清廉康忠涛国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073

燃气发生器是超燃冲压发动机地面试验系统中的关键设备,为提高系统安全性和经济性设计了空气/煤油/水燃气发生器,在富燃状态下进行了一系列点火试验,试验结果表明:该型燃气发生器,实现可靠点火的余氧系数下限为0.51;水的加入使得化学反... 详细信息

燃气发生器是超燃冲压发动机地面试验系统中的关键设备,为提高系统安全性和经济性设计了空气/煤油/水燃气发生器,在富燃状态下进行了一系列点火试验,试验结果表明:该型燃气发生器,实现可靠点火的余氧系数下限为0.51;水的加入使得化学反应速率和火焰传播速度降低,燃气发生器点火和火焰稳定困难,提高余氧系数可以提高点火可靠性。同时,水的加入容易引起燃烧不稳定,通过提高余氧系数来消除低频不稳定燃烧。

关键词：空气煤油水燃气发生器点火

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空气/煤油直接燃烧生成燃气方法研究

空气/煤油直接燃烧生成燃气方法研究

作者：康忠涛国防科学技术大学

学位级别：硕士

通过数值仿真、试验研究和理论分析等方法研究了空气/煤油/水直接燃烧生成燃气的方法，包括燃料的喷注雾化、点火方式、火焰稳定与吹熄过程。根据研究结果设计了一种空气/煤油/水燃气发生器，实现了空气/煤油的高效稳定燃烧。研究结果... 详细信息

通过数值仿真、试验研究和理论分析等方法研究了空气/煤油/水直接燃烧生成燃气的方法，包括燃料的喷注雾化、点火方式、火焰稳定与吹熄过程。根据研究结果设计了一种空气/煤油/水燃气发生器，实现了空气/煤油的高效稳定燃烧。研究结果加深了对燃烧过程的理解，对燃烧组织和燃烧装置的设计具有指导意义。首先，借鉴航空发动机中的空气雾化喷嘴技术设计了一种空气雾化喷嘴。对喷嘴的流量特性和雾化特性进行了数值仿真和试验研究，分析了喷嘴内部流动和充填过程，研究了气液比对喷嘴流量和雾化特性的影响，对比了同向空气和旋流空气对涡流器离心式喷嘴雾化特性的影响。涡流器离心式喷嘴喷雾场中液滴尺寸分布符合离心式喷嘴典型的双峰分布，在液膜附近主要为液丝破碎产生的大液滴，在喷嘴中心轴线附近则主要为大液滴二次雾化产生的小液滴。喷嘴中总压损失主要发生在涡流器槽道入口、收敛段和喷嘴出口等直段。其中喷嘴出口等直段对喷嘴性能影响较大，增加等直段长度会减小喷雾锥角，增加喷嘴的总压损失，而对喷嘴出口处液滴速度影响不大。不论是旋流空气还是同轴环缝喷射空气，气液比对离心式喷嘴内部流场的影响很小。对于同轴离心式喷嘴，随着气液比的增加，二次雾化增强，喷嘴产生的喷雾SMD逐渐减小，液滴更加靠近中心轴线。随着环缝位置逐渐向喷嘴轴线靠拢，喷雾的SMD逐渐减小，同时液滴平均的轴向速度逐渐增加。当气液比较小时，旋流空气使喷嘴出口流场扩张，当气液比较大时喷嘴出口液滴空间分布减小。其次，分析了常用的钝体火焰稳定器构型对燃气发生器燃烧流场的影响，并提出了一种结合了气动火焰稳定技术和实体火焰稳定技术的复合火焰稳定器。对头部空气旋流稳定火焰的单喷嘴燃气发生器进行了数值仿真。对钝体稳定的空气/煤油火焰富油吹熄过程进行了试验研究。钝体火焰稳定器采用锐边结构较好，流体容易脱体形成回流区。复合火焰稳定器可以显著提高火焰稳定器的火焰稳定性能，提高燃气发生器的燃烧效率。向壁面喷注的空气同时起到了冷却壁面的作用，可以提高燃气发生器和火焰稳定器的寿命。头部空气旋流可以起到火焰稳定的作用，并且燃烧室流场均匀性较好，燃烧效率显著提高。钝体稳定的部分预混火焰受燃料喷注雾化过程影响较大，当燃料喷注雾化过程不稳定时，燃料中未蒸发的液滴与火焰面碰撞使得该位置处温度降低、火焰传播速度减小，造成火焰面变形率增加，当变形率超过熄火变形率时出现局部熄火，未燃混气通过火焰面上的孔洞对流进入回流区并与高温燃烧产物掺混换热，进一步化学反应生成新的火核，火核在剪切层处重新点燃来流，出现“熄火-再点火”现象。空气/煤油部分预混火焰富油吹熄的这种“熄火-再点火”频率约为30Hz，高于贫油预混火焰的10Hz[89]。当火焰处于“亚稳定”状态时，其振荡频率为20Hz。随着火焰稳定器温度的升高，燃烧振荡的振幅减小，火焰稳定性变好。火焰面上的局部熄火主要受来流中未蒸发液滴的影响。最后根据上述研究结果设计了一种采用旋流空气稳定火焰的单喷嘴燃气发生器，对该燃气发生器进行了点火和燃烧性能试验。试验结果表明该燃气发生器可以在较低的工况下实现稳定和高效燃烧。燃气发生器点火主要受点火能量的限制，采用成熟的火炬点火器时点火性能较好。火焰稳定性能较差时即使有足够的点火能量形成初始火焰，也会由于初始火焰不能在燃烧室内稳定而持续点燃混合物造成燃烧室非正常熄火。采用头部空气旋流和身部空气横向喷注时燃气发生器的火焰稳定性能得到显著提高，使得点火特性得到增强，但其燃烧效率有所降低。

关键词：燃气发生器空气雾化火焰稳定火焰吹熄点火燃烧效率

同方学位论文库评论

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无旋锥形液膜表面波不稳定性试验研究

推进技术 2016年第10期37卷 1893-1899页

作者：方昕昕沈赤兵康忠涛国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073

为了研究针栓式喷注器无旋锥形液膜表面波不稳定特性,采用高速摄影获得了不同压降下表面波波动图像,测量了液膜表面波破碎点波长、振幅以及破碎长度等特征信息。利用试验结果修正了无旋锥形液膜色散方程中的参数C和ln(η_bη_0),并求解... 详细信息

为了研究针栓式喷注器无旋锥形液膜表面波不稳定特性,采用高速摄影获得了不同压降下表面波波动图像,测量了液膜表面波破碎点波长、振幅以及破碎长度等特征信息。利用试验结果修正了无旋锥形液膜色散方程中的参数C和ln(η_bη_0),并求解了色散方程。研究了喷注压降对液膜破碎长度、破碎时间以及破碎点波长的影响。结果表明:随着喷注压降的增加,液膜破碎长度和破碎时间均降低,并且降低趋势越来越缓,液膜表面波发展的非线性增强,理论值与试验值的偏差由3.9%增大到29.2%;液膜破碎位置处扰动波长随喷注压降的增加而降低,并且试验值比理论值偏大50%左右,无旋锥形液膜破碎模型可定性分析针栓式喷注器液膜表面波不稳定性。

关键词：针栓式喷注器锥形液膜色散方程破碎长度

喷注压降对液液同轴离心式喷嘴喷雾锥角的影响研究

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推进技术 2017年第7期38卷 1556-1562页

作者：徐顺康忠涛成鹏李清廉国防科学技术大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073 国防科学技术大学航天科学与工程学院湖南长沙410073

为了研究不同喷注压降下液液同轴离心式喷嘴喷雾锥角的变化规律,采用高速摄像机观测喷雾形态。试验结果表明:内、外喷嘴单独工作时,喷雾锥角随着喷注压降的增加而增加。内、外喷嘴同时工作时,喷雾锥角随内喷嘴喷注压降的增加而减小,随... 详细信息

为了研究不同喷注压降下液液同轴离心式喷嘴喷雾锥角的变化规律,采用高速摄像机观测喷雾形态。试验结果表明:内、外喷嘴单独工作时,喷雾锥角随着喷注压降的增加而增加。内、外喷嘴同时工作时,喷雾锥角随内喷嘴喷注压降的增加而减小,随着外喷嘴喷注压降的增加而增加。通过与内、外液膜同向旋转时喷雾锥角的变化规律对比,发现内、外液膜的旋转方向对外混式液液同轴离心式喷嘴喷雾锥角的影响不大,因为离心式喷嘴产生的锥形液膜的切向速度会很快转化为径向速度。由于液膜切向速度迅速转化为径向速度使得内、外液膜反向的动量转变为同向动量,从而造成利用角动量守恒来预测喷雾锥角的理论模型用于计算反向旋转的外混式喷嘴时存在较大误差。对于内、外液膜反向旋转的外混式喷嘴,由于液膜旋转方向对喷雾锥角的影响不大,可以按照同向旋转的公式进行计算。

关键词：液体火箭发动机液液同轴离心式喷嘴雾化喷雾锥角

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流量连续可调火箭发动机极度富燃燃烧特性

国防科技大学学报 2016年第2期38卷 12-18页

作者：成鹏李清廉张新桥康忠涛国防科技大学航天科学与工程学院湖南长沙410073 国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073

以气氧/煤油作为推进剂对火箭发动机进行流量连续调节试验,研究火箭发动机连续变工况过程中的燃烧特性。火箭发动机通过可调气蚀文氏管连续调节煤油流量。试验在富燃工况（混合比0.405-0.690）下成功点火,并实现了混合比、燃气总流量连... 详细信息

以气氧/煤油作为推进剂对火箭发动机进行流量连续调节试验,研究火箭发动机连续变工况过程中的燃烧特性。火箭发动机通过可调气蚀文氏管连续调节煤油流量。试验在富燃工况（混合比0.405-0.690）下成功点火,并实现了混合比、燃气总流量连续调节。试验发现流量连续调节过程中,当混合比小于0.535时,燃烧室压力随煤油流量减小而增大;当混合比大于0.535时,燃烧室压力随煤油流量减小而减小。同时,特征速度和燃烧效率随混合比增大而增大,并且混合比小于0.535时特征速度、燃烧效率增大的速率大于混合比大于0.535时的速率。研究表明推进剂流量与燃烧效率同时影响燃烧室压力。当混合比小于0.535时,燃烧效率的影响占优;混合比大于0.535时,推进剂流量影响占优。

关键词：火箭基组合循环火箭发动机气氧/煤油连续调节

压力振荡对气液同轴离心式喷嘴自激振荡的影响

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航空学报 2018年第6期39卷 67-78页

作者：康忠涛王振国李清廉成鹏中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室绵阳621000 国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室长沙410073

为了研究供应系统振荡对气液同轴离心式喷嘴自激振荡的影响,采用水和空气作为模拟介质,开展了室压条件下冷态喷雾试验。通过试验分析了供应系统有/无振荡两种情况下离心式喷嘴的喷雾形态,以及供应系统有/无振荡两种情况下气液同轴离心... 详细信息

为了研究供应系统振荡对气液同轴离心式喷嘴自激振荡的影响,采用水和空气作为模拟介质,开展了室压条件下冷态喷雾试验。通过试验分析了供应系统有/无振荡两种情况下离心式喷嘴的喷雾形态,以及供应系统有/无振荡两种情况下气液同轴离心式喷嘴自激振荡的喷雾形态。发现当离心式喷嘴供应系统振荡时,离心式喷嘴产生的锥形液膜也周期性地振荡,同时出现Klystron效应。液膜周期性振荡以及Klystron效应出现的频率与供应系统振荡频率一致。Klystron效应的出现使得喷雾锥角突然减小,锥形液膜发生折叠。供应系统振荡对自激振荡喷雾形态也有显著影响。供应系统振荡引起的Klystron效应使得液膜锥角减小,从而造成"圣诞树"型自激振荡喷雾上的"树枝"增多,同时自激振荡频率增加。这是因为当速度大的液膜追上速度小的液膜时,就会产生Klystron效应并使液膜速度增加。而液膜运动速度越大自激振荡频率也就越大。虽然在供应系统中施加激励没有发生"锁频"现象,但是自激振荡的强度在一定程度上减弱,并且伴随着自激振荡的"分频"现象,即自激振荡频率从一个主频向两侧分化为两个主频。

关键词：压力振荡气液同轴离心式喷嘴自激振荡雾化 Klystron效应

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离心式喷嘴充填过程内部流动特性仿真

航空动力学报 2018年第4期33卷 944-951页

作者：陈慧源康忠涛成鹏李清廉国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室长沙410073 国防科技大学空天科学学院长沙410073

基于两相界面追踪方法 VOF(volume of fluid)模拟了离心式喷嘴充填过程中的内部流动特性。研究了气液界面随时间的变化过程,发现了充填过程中气核收缩和旋转液膜的现象;通过提取气相体积分数等值线的方法计算了充填过程中喷嘴出口液膜... 详细信息

基于两相界面追踪方法 VOF(volume of fluid)模拟了离心式喷嘴充填过程中的内部流动特性。研究了气液界面随时间的变化过程,发现了充填过程中气核收缩和旋转液膜的现象;通过提取气相体积分数等值线的方法计算了充填过程中喷嘴出口液膜厚度和喷雾锥角的变化。结果发现:液膜厚度随出口流量的增大而增大,出口喷雾锥角随出口流量的增大而减小;描述了喷嘴旋流室内的回流现象,分析了充填完成后的压力场和速度场分布,发现在压降和气液作用的共同影响下,中心气核轴向速度沿轴向先增后减。

关键词：充填过程内部流动特性离心式喷嘴数值仿真流体体积法