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基于综合平衡法的超燃冲压发动机燃烧室构型影响分析

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宇航学报 2009年第1期30卷 282-286页

作者：黄伟李小山吴先宇王振国国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

燃烧室构型在超燃冲压发动机研究中占有举足轻重的地位,其内部流动及燃烧机理极其复杂。通过引进极差的概念,利用综合平衡法对试验数据的分析,研究了不同当量比及不同燃料喷射形式对碳氢燃料超燃冲压发动机燃烧室热态内推力及内推力综... 详细信息

燃烧室构型在超燃冲压发动机研究中占有举足轻重的地位,其内部流动及燃烧机理极其复杂。通过引进极差的概念,利用综合平衡法对试验数据的分析,研究了不同当量比及不同燃料喷射形式对碳氢燃料超燃冲压发动机燃烧室热态内推力及内推力综合比冲等性能的影响,发现燃烧室第三扩张段角度和第四扩张段角度对其性能影响尤为重大,第一扩张段角度影响最小,且随着燃料喷射位置的前移,第二扩张段角度的影响越来越大。

关键词：燃烧室构型超燃冲压发动机极差综合平衡法热态内推力内推力综合比冲

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燃烧室构型对超燃冲压发动机性能影响研究

流体力学实验与测量 2000年第1期14卷 72-80页

作者：俞刚张新宇中国科学院力学研究所高温气体动力学开放实验室北京100080

对 8种进口M数为 2 .5的超燃冲压发动机模型燃烧室在各种驻点条件和燃料总体当量比下进行了实验 ,燃烧室构型、燃料壁面注射、支板注射、凹腔火焰稳定结构对发动机的性能影响进行了研究。一维简化模型进一步提出用于数据处理与分析 ,计... 详细信息

对 8种进口M数为 2 .5的超燃冲压发动机模型燃烧室在各种驻点条件和燃料总体当量比下进行了实验 ,燃烧室构型、燃料壁面注射、支板注射、凹腔火焰稳定结构对发动机的性能影响进行了研究。一维简化模型进一步提出用于数据处理与分析 ,计算与实验结果基本上一致 ,对影响燃烧效率与总压损失的各因素进行了讨论。

关键词：燃烧室构型燃烧效率总压损失支板注射冲压发动机飞机

不同构型和多点喷射对短环型燃烧室燃烧性能的影响

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应用力学学报 2007年第3期24卷 451-455页

作者：邹葆华胡春波武兴民张百灵何国强西北工业大学西安710072 西安电力高等专科学校西安710032

对短环形流燃烧室内有较强回流的湍流旋流流动进行了模拟,并从两个方面(燃烧室构型和多点喷射)对燃烧室性能的影响进行了分析。计算中采用Reynoldes应力湍流模型(RSM)、EBU-Arrheniue湍流燃烧模型和离散坐标辐射模型描述其燃烧流动,液... 详细信息

对短环形流燃烧室内有较强回流的湍流旋流流动进行了模拟,并从两个方面(燃烧室构型和多点喷射)对燃烧室性能的影响进行了分析。计算中采用Reynoldes应力湍流模型(RSM)、EBU-Arrheniue湍流燃烧模型和离散坐标辐射模型描述其燃烧流动,液相采用Lagrange法处理,气相采用SIMPLE法求解。研究表明:在燃料和空气总流量不变的情况下,燃烧室构型对燃烧室出口平均温度影响不大,对出口温度分布、燃烧室内空气流场有比较大的影响。喷嘴数目的改变对出口处的平均温度和平均速度影响不大,但是对出口截面处的温度分布影响比较大,在局部范围可能产生温度比较高的热斑。

关键词：燃烧室构型多点喷射短环形燃烧室数值模拟燃烧性能

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燃气发生器结构对燃烧性能的影响

航空动力学报 2008年第11期23卷 2062-2067页

作者：李庆李清廉王振国国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

为了确定最佳的燃气发生器结构,对不同结构的燃气发生器进行了对比试验,考察了喷嘴尺寸、燃烧室长度、燃烧室构型等因素对燃气发生器燃烧性能的影响.研究结果表明:在一定范围内增大喷嘴尺寸,燃烧性能基本不受影响,但却可以缩短燃气发生... 详细信息

为了确定最佳的燃气发生器结构,对不同结构的燃气发生器进行了对比试验,考察了喷嘴尺寸、燃烧室长度、燃烧室构型等因素对燃气发生器燃烧性能的影响.研究结果表明:在一定范围内增大喷嘴尺寸,燃烧性能基本不受影响,但却可以缩短燃气发生器的点火延迟时间,并且增大流量调节范围;增加燃烧室长度可以明显的提高燃烧效率;燃烧室的构型对燃烧性能有很大影响,收缩-扩张型着火段影响了燃烧过程,降低了燃烧效率,燃气发生器设计不宜采用这种构型.

关键词：点火延迟着火时间特征长度燃烧室构型燃烧效率

凹腔火焰稳定器布置方式对超声速燃烧点火的影响

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弹箭与制导学报 2008年第5期28卷 135-138页

作者：潘余刘卫东王振国国防科学技术大学航天与材料工程学院长沙410073

在来流马赫数2.64、总温1300K、静压83.3kPa的条件下,通过在燃烧室内安装不同数目的凹腔火焰稳定器来改变燃烧室构型,研究了火花塞点燃氢气、氢气引导火焰点燃煤油、煤油和氢气燃烧火焰点燃更多煤油和煤油稳定燃烧过程。结果表明,小扩... 详细信息

在来流马赫数2.64、总温1300K、静压83.3kPa的条件下,通过在燃烧室内安装不同数目的凹腔火焰稳定器来改变燃烧室构型,研究了火花塞点燃氢气、氢气引导火焰点燃煤油、煤油和氢气燃烧火焰点燃更多煤油和煤油稳定燃烧过程。结果表明,小扩张角段更易实现点火;异侧布置的两个凹腔,即使一侧凹腔上未喷射燃料,也具有增强点火和火焰稳定作用;同侧布置两凹腔距离过近不利于点火;燃料着火能力随凹腔数目的增多而增强。

关键词：超声速燃烧冲压发动机点火燃烧室构型凹腔火焰稳定器

非同轴式AI/AP粉末发动机数值模拟与试验研究

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非同轴式AI/AP粉末发动机数值模拟与试验研究

作者：李旺南京理工大学

学位级别：硕士

Al/AP粉末发动机是一种利用超细铝(Al)粉颗粒作为燃料及高氯酸铵(AP)粉末作为氧化剂的高能动力装置,具有推力可调、结构简单的优点,在民用及军事领域具有广泛的应用前景。本文采用了数值仿真与试验相结合的方法,对粉末的非同轴式冷态喷... 详细信息

Al/AP粉末发动机是一种利用超细铝(Al)粉颗粒作为燃料及高氯酸铵(AP)粉末作为氧化剂的高能动力装置,具有推力可调、结构简单的优点,在民用及军事领域具有广泛的应用前景。本文采用了数值仿真与试验相结合的方法,对粉末的非同轴式冷态喷注供给、发动机内流场特性、粉末颗粒燃烧特性以及Al/AP非同轴式粉末发动机点火可行性进行了研究,具体工作如下:(1)Al/AP粉末非同轴式喷注掺混过程的数值模拟。通过数值模拟得到了粉末颗粒在燃烧室内的分布情况,研究了不同构型燃烧室内的颗粒相分布特点、不同直径铝颗粒进入燃烧室后的流动特征。计算结果表明:粉末颗粒直径越小,颗粒的随流性越好,粉末颗粒在径向上的扩散作用就越强,有利于粉末在整个燃烧室的离散与掺混。安装隔板后,隔板各节的凹槽内会产生回流区域,粉末受到凹槽内的气流卷吸作用,延长了下游颗粒在燃烧室内的滞留时间;对于安装了火焰稳定器的燃烧室,粉末在火焰稳定器下游掺混并呈螺旋状前进,粉末流化及离散效果较好。(2)非同轴式Al/AP粉末发动机燃烧室内燃烧过程数值模拟。研究了颗粒粒径、流化气质量流量、颗粒质量流量比、燃烧室构型等不同因素对温度分布、颗粒燃烧效率、组分分布以及颗粒蒸发位置与粒径变化等参数的影响。计算结果表明:直径越小的铝颗粒蒸发燃烧区域起始位置越靠近燃烧室头部,较好的随流性增强了铝颗粒在燃烧室内的径向扩散,燃烧更加充分;增大流化气的质量流量可以提升燃烧室内的温度峰值与喷管出口的喷气速度,但是蒸发燃烧区域的位置区间整体会向燃烧室的中部移动,粉末燃料与组分的径向扩散减弱;在低质量流量比(?)时,普通构型的燃烧室内颗粒的燃烧效率较低,安装隔板与火焰稳定器可以提升颗粒的燃烧效率:安装隔板对低?时的颗粒燃烧效率提升明显,而安装火焰稳定器对?较高即氧化剂流量较大时的颗粒燃烧效率提升明显。当?在一定的范围内(2???5),安装隔板或火焰稳定器推力后提升15%至40%。(3)搭建了非同轴式喷注Al/AP粉末发动机试验平台,进行了粉末冷态流化喷注试验与热态点火试验。粉末喷注试验能够实现发动机燃料的持续供应,验证了流化装置的可行性;热态点火试验测试了发动机工作过程中距离燃烧室尾部120mm处的压力变化,将工作平均压力试验值与数值模拟结果进行对比,验证了计算模型与结果的正确性。

关键词： Al/AP粉末发动机非同轴式喷注颗粒质量流量比隔板火焰稳定器燃烧室构型流场参数分布试验研究

基于等离子体射流作用下扩散火焰传播及稳定特性研究

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基于等离子体射流作用下扩散火焰传播及稳定特性研究

作者：吕百荷哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

由于超燃冲压发动机在高马赫数下的优良性能,成为高超声速飞行器推进系统的首选。超燃冲压发动机让气流以超声速进入燃烧室,并在超声速环境下组织燃烧,燃烧室气流流速快,燃料驻留时间短(只有毫秒量级),使得扩散火焰传播及稳定燃烧成为... 详细信息

由于超燃冲压发动机在高马赫数下的优良性能,成为高超声速飞行器推进系统的首选。超燃冲压发动机让气流以超声速进入燃烧室,并在超声速环境下组织燃烧,燃烧室气流流速快,燃料驻留时间短(只有毫秒量级),使得扩散火焰传播及稳定燃烧成为超声速燃烧的关键问题。目前,光壁面中心点火技术、中心/支板组合供油技术及等离子体点火技术均被证实能够强化点火或增强燃烧稳定性。因而本文基于上述超燃冲压发动机燃烧室运用地面试验及数值模拟两种方式开展了以下几个方面的研究工作:利用地面试验及数值模拟仿真技术研究了等离子体强化超声速点火的火焰传播特性。基于动态学视角对超声速等离子体点火火焰的传播及稳定过程提出了一组反馈放大机制,确定了为成功构建起该反馈机制所必需的条件。通过对冷流场的仿真计算,确定了燃烧前流场为成功点火及稳定燃烧所提供的有利条件。通过改变供油量探讨了影响超声速等离子体点火扩散火焰传播及稳定性的主要因素。结果显示,燃油量有下限,燃油量过小时中心火核强度过低无法实现稳定燃烧。利用地面试验及数值模拟仿真技术研究了燃烧室长度对等离子体强化超声速点火的火焰稳定的影响。通过对不同长度的燃烧室进行地面点火及稳定燃烧试验并进行相关数值模拟计算,探讨了燃烧室长度对超声速燃烧稳定性的影响特性。结果显示,超声速燃烧室长度有下限,燃烧室长度过短时,燃烧室内无压升无法实现稳定燃烧。增加燃烧室长度有助于增加超声速燃烧的稳定性,但超过一定界限,超声速燃烧稳定性下降。除此之外,增加燃烧室长度拓宽了稳燃边界。利用地面试验及数值模拟仿真技术研究了燃油分配比对等离子体强化超声速点火火焰稳定的影响。通过改变燃烧当量比,对比分析不同当量比条件下流场状态,确定了当量比影响燃烧性能的机理。通过对比不同燃油分配条件下燃烧室燃烧性能,研究了中心及支板供油对增强燃烧的增益效果。确定了增加中心喷油量及支板喷油量对增强燃烧都有一定的增益。两者进行对比,支板燃油对增强燃烧的影响更强。

关键词：超声速燃烧传播及稳定燃烧室构型燃油分配

RBCC发动机受限空间内引射及燃烧特性研究

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RBCC发动机受限空间内引射及燃烧特性研究

作者：王泰宇国防科技大学

学位级别：硕士

RBCC引射模态中复杂流动及燃烧特性是急需深入研究的问题,本文综合运用实验及数值仿真的手段对RBCC发动机受限空间内引射及燃烧过程进行了深入分析,在研究基础之上提出收缩-扩张燃烧室构型并对其进行了优化。实验研究了一次流总压、总... 详细信息

RBCC引射模态中复杂流动及燃烧特性是急需深入研究的问题,本文综合运用实验及数值仿真的手段对RBCC发动机受限空间内引射及燃烧过程进行了深入分析,在研究基础之上提出收缩-扩张燃烧室构型并对其进行了优化。实验研究了一次流总压、总温及引射器基体构型对引射器性能的影响,发现随一次流总压的升高,引射比逐渐下降;一次流总流量不变的条件下,总温增大对引射系数的提高强于总压增大对引射系数的降低作用;将引射器基体喉部段最小截面不断缩小过程中,引射比先增后减。提炼RBCC引射模态中关键机理性问题,对受限空间内引射-燃烧问题进行实验及数值仿真研究。实验结果表明,受限空间与火焰炉盘距离H对火焰形态有显著影响,发现在一定H条件下明显的燃烧增强效应。数值研究发现在高马赫数条件下中心射流在受限空间内的二次燃烧现象。对不同构型燃烧室进行变参数仿真研究,发现在低速引射模态下,收缩-扩张构型更易产生二次流流动阻滞效应,在高速引射模态SMC燃烧模式下,收缩-扩张构型相比其他构型可显著提高总释热量及燃烧室推力,对该构型进一步优化设计,发现改变收缩折角角度对总释热量和推力性能无明显影响,增大收缩比可使总释热量不断增加,当收缩比为6.5%时推力最大。

关键词： RBCC 引射模态引射比火焰形态燃烧增强燃烧室构型优化设计

不同运行参数和结构尺寸气缸内流动的数值计算

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石油化工高等学校学报 2005年第3期18卷 58-61,65页

作者：马贵阳吴明吴豁郑平龚智立辽宁石油化工大学机械工程学院辽宁抚顺113001 抚顺中天建设(集团)有限公司辽宁抚顺113006

内燃机缸内流动是极其复杂的三维湍流流动,其流动具有强压缩性、强旋转和各向异性的特点,正确地模拟和分析内燃机的燃烧和排放,离不开对缸内湍流运动的正确描述和模拟。为了考察运行参数和结构尺寸对内燃机缸内湍流特性的影响,用修正的... 详细信息

内燃机缸内流动是极其复杂的三维湍流流动,其流动具有强压缩性、强旋转和各向异性的特点,正确地模拟和分析内燃机的燃烧和排放,离不开对缸内湍流运动的正确描述和模拟。为了考察运行参数和结构尺寸对内燃机缸内湍流特性的影响,用修正的非线性三方程模型对不同运行参数及燃烧室几何尺寸的缸内流动进行计算,特别考察挤流和旋流对湍能的影响,给出了用非线性三方程模型计算得到的结果,结果表明改变内燃机运行参数及燃烧室几何尺寸对缸内流动及湍流特性有很大的影响,旋流和挤流共同作用能有效改善压缩后期缸内湍流特性。

关键词：运行参数燃烧室构型 k-ε-A2湍流模型内燃机数值模拟