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旋转爆轰燃烧室内煤油裂解气冷流掺混特性研究

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弹道学报 2023年第2期35卷 9-19页

作者：陈昊白桥栋翁春生南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094

为研究旋转爆轰燃烧室内煤油裂解气的冷流掺混特性,使用OpenFOAM对小孔-环缝喷注结构下煤油裂解气的喷射掺混过程进行了二维大涡模拟研究。根据数值模拟结果,系统描述了燃烧室内冷流场的流场结构和可爆轰区域位置,对比分析了喷注压力(... 详细信息

为研究旋转爆轰燃烧室内煤油裂解气的冷流掺混特性,使用OpenFOAM对小孔-环缝喷注结构下煤油裂解气的喷射掺混过程进行了二维大涡模拟研究。根据数值模拟结果,系统描述了燃烧室内冷流场的流场结构和可爆轰区域位置,对比分析了喷注压力(保持当量比不变)、裂解气喷注位置及喷注角度对掺混效果的影响,并用掺混不均匀度定量评价了裂解气与空气的掺混程度。研究结果表明:由于Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性产生的大尺度湍流涡结构的卷带作用是煤油裂解气与空气混合的主要机制。采用有限速率模型和一步化学反应机理计算得到的煤油裂解气/空气一维可爆轰当量比上、下限分别为2.9和0.4。在空气和裂解气喷注温度分别为300 K、720 K时,增大喷注压力,掺混效果降低;裂解气喷注位置远离燃烧室入口,掺混效果提高;裂解气与空气喷注角度由同向到逆向,掺混效果提高。

关键词：煤油裂解气旋转爆轰冷流掺混大涡模拟

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喷注结构对CH4-O2旋转爆轰发动机掺混特性的影响

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航空动力学报 2025年

作者：朱龙赵楠楠吕亚锦郑权黄亚坤翁春生南京理工大学瞬态物理全国重点实验室航天推进技术研究院上海空间推进研究所上海空间发动机工程技术研究中心

为了探究不同喷注结构下的旋转爆轰发动机环形燃烧室的燃料掺混特性，本文采用商业软件FLUENT对冷态掺混流场进行数值仿真，采用密度基求解三维N-S方程，选取环缝-双侧喷孔对撞喷注结构作为基础模型，在保持进口条件一致的条件下，探究... 详细信息

为了探究不同喷注结构下的旋转爆轰发动机环形燃烧室的燃料掺混特性，本文采用商业软件FLUENT对冷态掺混流场进行数值仿真，采用密度基求解三维N-S方程，选取环缝-双侧喷孔对撞喷注结构作为基础模型，在保持进口条件一致的条件下，探究燃料喷注角度及其轴向位置对冷态流场掺混特性的影响。研究结果表明，随着喷注角度的增大，掺混不均匀度升高，总压损失增大，在喷注角度60°-180°范围内，60°的掺混不均匀度最低，总压损失最小；随着甲烷喷注轴向位置向上游移动，掺混距离增加，掺混不均匀度降低；结合流动特征分析可知，甲烷小孔射流在扩张段诱发复杂多变的涡系结构，继而促进甲烷-氧气的掺混效果。

关键词：旋转爆轰发动机甲烷-氧气燃料喷注角度喷注位置冷流掺混流场分布

旋转爆轰发动机煤油裂解气非预混掺混特性研究

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旋转爆轰发动机煤油裂解气非预混掺混特性研究

作者：陈昊南京理工大学

学位级别：硕士

旋转爆轰发动机由于诸多性能优势近年来受到广泛关注。煤油是实际工程应用的理想燃料,却难以起爆,对其预热或预燃形成易爆小分子气态烃类是解决液态煤油起爆困难的新方法。目前旋转爆轰发动机数值模拟研究大多使用预混进气,忽略燃料与... 详细信息

旋转爆轰发动机由于诸多性能优势近年来受到广泛关注。煤油是实际工程应用的理想燃料,却难以起爆,对其预热或预燃形成易爆小分子气态烃类是解决液态煤油起爆困难的新方法。目前旋转爆轰发动机数值模拟研究大多使用预混进气,忽略燃料与氧化剂的掺混过程,这与实验中常用的非预混进气方式差别较大,由于燃料与氧化剂的掺混效果与爆轰性能密切相关,因此深入研究非预混喷注中燃料与氧化剂的掺混过程对提升旋转爆轰发动机性能具有重要意义。基于此,本文以煤油裂解气/空气作为燃料和氧化剂,开展了旋转爆轰燃烧室内冷流掺混特性的大涡模拟研究,对非预混进气方式下高温煤油裂解气/空气旋转爆轰传播特性进行了数值模拟研究,主要工作如下:(1)开展了煤油裂解气喷注位置、角度、空气环缝喉部宽度以及凹腔等构型参数对掺混效果影响的大涡模拟研究。结果表明:煤油裂解气远离燃烧室入口喷注,掺混效果提高;煤油裂解气射流与空气来流夹角增大,掺混效果提高;在一定范围内增大空气环缝喉部宽度,燃烧室前段掺混效果提高,但过大时燃烧室内掺混效果下降;凹腔结构能够改善燃烧室内掺混效果。(2)详细分析了煤油裂解气/空气冷流掺混过程的流场结构,对比了质量流量、煤油裂解气喷注温度以及高喷注温度下提前燃烧等来流条件对掺混效果的影响。结果表明:冷流场具有明显的低温、高速等欠膨胀特征和非定常性,由K-H不稳定性产生的大尺度湍流涡结构的卷带作用是冷流掺混的主要机制。相较于RANS方法,LES方法可捕捉到涡结构的形成、脱落以及融合等过程和局部掺混效果的不均匀性,更符合实际情况。冷流场中的涡流特征与横向射流类似;当量比分布的不均匀性可能引起旋转爆轰发动机实际工作时熄火以及再起爆。增大质量流量,掺混效果提高;降低煤油裂解气喷注温度,掺混效果提高;提前燃烧会严重降低掺混效果。(3)开展了高温煤油裂解气/空气旋转爆轰传播特性数值模拟研究。结果表明:剪切力是二维非预混模型中煤油裂解气/空气掺混的主要机制。恰当量比时起爆过程简单,达到稳定所需时间较短,趋向于单波模态;富燃时起爆过程复杂,达到稳定所需时间较长,趋向于多波模态。当量比为1时增大喷注压力或增大当量比,旋转爆轰波稳定性提高,波速和压力增大,燃烧室压力增益和发动机比冲增大,推进性能提升。

关键词：煤油裂解气非预混喷注结构旋转爆轰冷流掺混大涡模拟

波瓣掺混装置作用下SPATR冲压燃烧室内流场研究

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航空兵器 2013年第6期20卷 53-57页

作者：陈志明吴川白涛涛张鑫中国空空导弹研究院河南洛阳471009

设计了一种用于SPATR冲压燃烧室掺混燃烧的波瓣掺混装置。用数值模拟方法对无波瓣掺混装置和三种结构的波瓣掺混装置作用下的冲压燃烧室内流动和掺混燃烧情况进行了仿真。结果表明:在波瓣掺混装置作用下,冲压燃烧室表现出了很好的头部... 详细信息

设计了一种用于SPATR冲压燃烧室掺混燃烧的波瓣掺混装置。用数值模拟方法对无波瓣掺混装置和三种结构的波瓣掺混装置作用下的冲压燃烧室内流动和掺混燃烧情况进行了仿真。结果表明:在波瓣掺混装置作用下,冲压燃烧室表现出了很好的头部和整体冷流掺混效果,并使冲压燃烧室的掺混燃烧性能得到大幅提升;冲压燃烧室的冷流掺混和掺混燃烧性能随波瓣掺混装置穿透率的增大呈先增强后减弱的趋势;当穿透率为0.6时,冲压燃烧室的掺混效率达到0.910,温升达到1 127 K,表现出了较好的冷流掺混和掺混燃烧效果。

关键词：固体燃料冲压涡轮发动机冲压燃烧室波瓣掺混装置冷流掺混掺混燃烧

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