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工作参数对气液同轴离心式喷嘴自激振荡特性的影响

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航空学报 2023年第15期44卷 258-267页

作者：曹鹏进白晓成鹏李清廉国防科技大学空天科学学院高超声速冲压发动机技术重点实验室长沙410073

为探究不同反压条件下缩进比和气液动量通量比对气液同轴离心式喷嘴自激振荡特性的影响,采用过滤水和干燥空气作为模拟介质在反压罐内进行试验,通过背景光成像技术获得了喷嘴不同结构和工况参数下的喷雾图像,同时对比分析了自激振荡喷... 详细信息

为探究不同反压条件下缩进比和气液动量通量比对气液同轴离心式喷嘴自激振荡特性的影响,采用过滤水和干燥空气作为模拟介质在反压罐内进行试验,通过背景光成像技术获得了喷嘴不同结构和工况参数下的喷雾图像,同时对比分析了自激振荡喷雾和稳态喷雾的动态特性。结果表明:气液动量通量比不变时,低反压、低缩进比工况,喷雾更容易出现自激振荡。缩进比和反压增加均会抑制自激振荡发生。高反压条件下,增加缩进比有利于提高喷雾稳定性,但与此同时喷雾锥角减小,喷雾分布变得不均匀。自激振荡发生时,随着反压增加,喷嘴锥角先增加后减小,且喷雾锥角与自激振荡强度正相关,自激振荡强度最强时喷雾锥角最大。稳态喷雾锥角受反压影响程度较小,但自激振荡喷雾明显受反压影响,液膜先振荡扩张,而后破碎成小液滴再向中心收缩,整个过程周向旋转运动较弱,主要表现为轴向振荡。

关键词：反压自激振荡气液动量通量比缩进比气液同轴离心式喷嘴

气液同轴离心式喷嘴非定常喷雾燃烧过程研究进展

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推进技术 2022年第12期43卷 10-32页

作者：白晓曹鹏进李清廉成鹏国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

由于气液的相互作用可显著提高喷嘴的雾化性能,气液同轴离心式喷嘴被广泛应用于实际的双组元液体火箭发动机型号中。喷嘴负责推进剂的喷注及雾化过程,其工作过程极大地影响着燃料的蒸发、混合及燃烧过程。本文从喷嘴内部的非定常流动过... 详细信息

由于气液的相互作用可显著提高喷嘴的雾化性能,气液同轴离心式喷嘴被广泛应用于实际的双组元液体火箭发动机型号中。喷嘴负责推进剂的喷注及雾化过程,其工作过程极大地影响着燃料的蒸发、混合及燃烧过程。本文从喷嘴内部的非定常流动过程、动态雾化过程、破碎雾化机理以及喷雾燃烧过程这几个方面对气液同轴离心式喷嘴的非定常喷雾燃烧过程进行了综述,对研究现状以及下一步的研究方向进行了简单的分析。总体看来,气液同轴离心式喷嘴缩进室内部的非定常流动过程研究较为匮乏,对液膜破碎雾化过程及雾化特性对外部扰动的响应认识不足,自激振荡产生机理还没有形成统一的认识,锥形液膜在气体作用下的雾化机理研究非常欠缺,不稳定燃烧机理还需深入探究。

关键词：综述液体火箭发动机气液同轴离心式喷嘴内部流动破碎雾化喷雾燃烧

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超临界气液同轴离心式喷嘴自激振荡特性研究

超临界气液同轴离心式喷嘴自激振荡特性研究

作者：乔兴伟中国运载火箭技术研究院

学位级别：硕士

在某火箭发动机试车过程中出现了不稳定燃烧现象,初步分析该现象是由气液同轴离心式喷嘴自激振荡引起,目前关于气液同轴离心式喷嘴自激振荡特性研究较少,并多局限于冷态试验或冷态数值仿真。为获得超临界工况下气液同轴离心喷嘴自激振... 详细信息

在某火箭发动机试车过程中出现了不稳定燃烧现象,初步分析该现象是由气液同轴离心式喷嘴自激振荡引起,目前关于气液同轴离心式喷嘴自激振荡特性研究较少,并多局限于冷态试验或冷态数值仿真。为获得超临界工况下气液同轴离心喷嘴自激振荡特性,本文采用气氢、液氧作为工质,通过RNG k-ε湍流模型、VOF气液两相流模型以及PR状态方程对超临界工况自激振荡过程进行瞬态数值仿真研究。对超临界工况下气液同轴离心式喷嘴非定常自激振荡过程数值仿真方法进行验证。通过冷态喷雾试验对仿真采用的物理模型、数值模型和网格无关性进行验证;对比数值仿真结果和热试车试验数据,发现数值仿真得到的自激振荡主频与试验值吻合良好,表明数值仿真方法可行。对超临界工况下气液同轴离心式喷嘴自激振荡机理进行分析。气液同轴离心式喷嘴自激振荡主频由液膜周期性堵塞气体通道产生,次要频率由液膜外侧复杂涡系脱落以及液膜内侧回流区中进动涡核脱落产生。自激振荡还诱导离心喷嘴气涡产生固有声学频率的压力脉动,改进了离心喷嘴气涡固有声学频率计算方法,提高离心喷嘴气涡声学频率计算精度。探究了氢质量流量、液氧质量流量和环境反压工作参数以及缩进长度、内喷嘴壁厚和环缝宽度关键结构参数对同轴离心式喷嘴自激振荡幅频特性的影响。根据气液动量比不同,提出液膜流动形态和一次扰动液膜长度概念,认为一次扰动液膜长度和一次扰动液膜速度是影响自激振荡频率的因素,气液相互作用力是影响自激振荡幅值的因素。研究了上下游扰动对自激振荡幅频特性和气涡声学频率的影响。当自激振荡频率接近氢流量脉动频率时,自激振荡频率会与氢流量脉动频率趋于一致,二者频率相同时发生耦合共振,压力幅值显著增大。氧流量脉动对自激振荡幅值和频率影响较弱。室压脉动频率与自激振荡频率耦合时,自激振荡压力脉动幅值增量约为室压扰动量1.15倍,室压脉动频率与气涡声学频率耦合时,气涡声学频率脉动幅值增量约为室压扰动量的16倍。

关键词：自激振荡气液同轴离心式喷嘴超临界工况数值仿真

压力振荡对气液同轴离心式喷嘴自激振荡的影响

同方学位论文库评论

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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

气核尺寸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 2014年第12期35卷 3283-3292页

作者：康忠涛张新桥成鹏李清廉王振国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

为了研究气核尺寸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.通过试验分析了气核尺寸较大时气液同轴离心式喷嘴自激振荡的喷雾形态,与文献中气核尺寸较小时的喷雾形态进行对比发现气... 详细信息

为了研究气核尺寸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.通过试验分析了气核尺寸较大时气液同轴离心式喷嘴自激振荡的喷雾形态,与文献中气核尺寸较小时的喷雾形态进行对比发现气核尺寸不同时,该类喷嘴自激振荡的喷雾形态不同,气核尺寸较大时呈“圣诞树”型分布,气核尺寸较小时呈“串”型分布.气核尺寸对气液同轴离心式喷嘴自激振荡的产生机理有显著影响,由于自激振荡产生机理的不同,喷嘴缩进长度对自激振荡的影响也不同,气核尺寸较大时自激振荡频率随着喷嘴缩进长度呈复杂变化特征,气核尺寸较小时喷嘴缩进长度对自激振荡频率没有影响.气液同轴离心式喷嘴自激振荡频率为2～4 kHz,与燃烧室一阶振型接近,喷雾自激振荡可能会诱发燃烧室不稳定燃烧.

关键词：气液同轴离心式喷嘴气核尺寸自激振荡喷雾形态雾化

气液同轴离心式喷嘴关键结构参数对喷雾自激振荡特性的影响研究

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气液同轴离心式喷嘴关键结构参数对喷雾自激振荡特性的影响研究

自激振荡过程中喷嘴内部扰动的产生及传递机制

中国航天第三专业信息网第四十届技术交流会暨第四届空天动...

作者：白晓盛立勇李清廉成鹏国防科技大学空天科学学院国防科技大学高速推进冲压发动机技术重点实验室

气液同轴离心式喷嘴在一定结构和工况参数下会发生自激振荡现象,自激振荡很可能是部分液体火箭发动机燃烧不稳定产生的真正原因。为全面获得喷嘴关键结构参数对自激振荡的影响规律及内在机制,本文对环缝宽度和内喷嘴壁面厚度对液体中心... 详细信息

气液同轴离心式喷嘴在一定结构和工况参数下会发生自激振荡现象,自激振荡很可能是部分液体火箭发动机燃烧不稳定产生的真正原因。为全面获得喷嘴关键结构参数对自激振荡的影响规律及内在机制,本文对环缝宽度和内喷嘴壁面厚度对液体中心式气液同轴离心式喷嘴自激振荡特性的影响进行了实验研究。基于背景光拍摄技术使用高速摄影获得不同喷嘴结构下的喷雾形态,使用PDA测量雾化后的液滴粒径和速度,并使用高频压力传感器Kulite测量缩进室内部气体压力,通过傅里叶变换获得自激振荡频率及强度信息。此外,基于已建立的气液同轴离心式喷嘴喷雾锥角预估模型,理论计算液膜角大小,并与缩进角进行对比判别缩进室内部液膜运动流动模态,进而分析自激振荡强弱。研究表明气液同轴离心式喷嘴的气体环缝宽度、内喷嘴壁面厚度与缩进长度是决定自激振荡强弱的最关键结构参数。当气液比较小时,随着环缝宽度的增加,流动从外混状态发展为临界状态进而演变至内混流动状态,自激振荡先增强后被抑制。而随着内喷嘴壁面厚度增大,流动模态变化相反,从内混流动发展至外混流动状态。气液比较大时随结构参数的增加流动均处于外混状态,自激振荡较弱。除了环缝宽度为5mm的喷嘴在大气液比工况下发生超高频振荡外,随喷嘴环缝宽度和壁面厚度的增加自激振荡频率逐渐降低,自激振荡强度则根据缩进室内部流态决定,当流动处于临界状态时自激振荡最强。结构参数对SMD和液滴速度的影响在喷雾中心区、剧烈气液相互作用区和喷雾边缘区规律不同,具体与自激振荡特性及液膜破碎机制有关。

关键词：气液同轴离心式喷嘴自激振荡流动模态环缝宽度壁面厚度

来源： cnki会议评论

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航空学报 2023年第4期44卷 28-40页

作者：白晓曹鹏进李清廉成鹏国防科技大学空天科学学院长沙410073

气液同轴离心式喷嘴是液体火箭发动机采用的极其重要的喷注单元类型。但其容易产生自激振荡,可能会诱发不稳定燃烧,严重影响发动机的研制,而目前对于自激振荡过程中喷嘴内部非定常流动过程的认识还十分有限。借助试验及数值仿真手段对... 详细信息

气液同轴离心式喷嘴是液体火箭发动机采用的极其重要的喷注单元类型。但其容易产生自激振荡,可能会诱发不稳定燃烧,严重影响发动机的研制,而目前对于自激振荡过程中喷嘴内部非定常流动过程的认识还十分有限。借助试验及数值仿真手段对液体中心式气液同轴离心式喷嘴自激振荡过程中液膜的运动形变轨迹、振荡的产生原因及压力扰动在喷嘴内部的传递过程进行了系统分析。研究发现:喷嘴内部流场的压力振荡是由于缩进室内部液膜的周期性堵塞作用产生的,且振荡最先发生于缩进室内部液膜外侧;此后,压力振荡会以一定的相位差通过气体环缝及内部离心式喷嘴向上游传递,从而引起环缝气体、中心气核压力发生相同频率的振荡;当自激振荡强度足够大时,便会引起集液腔压力振荡,且振荡频率与自激振荡频率一致。

关键词：自激振荡喷雾压力扰动透明缩进室气液同轴离心式喷嘴