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扩张型面内超声速气流中液体横向射流穿透深度试验研究

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推进技术 2022年第7期43卷 261-270页

作者：赵家丰聂万胜陈植朱杨柱仝毅恒林伟航天工程大学宇航科学与技术系北京101416 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力学研究所四川绵阳621000 陆军工程大学国防工程学院江苏南京210007

基于冲压旋转爆震发动机应用,设计了带隔离段及等直燃烧室的矩形带扩张型面,开展常温常压吸气式超声速风洞中的液体横向射流试验,借助高速摄影、阴影方法研究来流参数、喷孔参数对喷注雾化穿透深度及液雾扩展效果的影响。研究表明:隔离... 详细信息

基于冲压旋转爆震发动机应用,设计了带隔离段及等直燃烧室的矩形带扩张型面,开展常温常压吸气式超声速风洞中的液体横向射流试验,借助高速摄影、阴影方法研究来流参数、喷孔参数对喷注雾化穿透深度及液雾扩展效果的影响。研究表明:隔离段到燃烧室的过渡构型在气相流场中产生了较强的膨胀波和压缩波,直接扰动射流的二次雾化,液体射流破碎、雾化和液雾掺混的过程受到影响。总温总压一定时,来流马赫数增大、喷注压降增大均可提高液气动量通量比,从而增大射流穿透深度。同样的穿透深度情况下,利用小喷孔高压降喷注方式可以较为明显地减小激波角度。与增大孔径相比,同样的流量条件下增大射流压降可有效增加穿透深度提升程度,获得更好的液雾掺混效果。

关键词：超声速气流喷注雾化射流试验扩张型面流场

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超声速气流中横向气体射流混合经验模型

航空动力学报 2015年第6期30卷 1391-1399页

作者：杨揖心王振国孙明波汪洪波国防科学技术大学航天科学与工程学院长沙410073

为了获得适用于工程估算的射流穿透经验关系式,对射流中心迹线、穿透边界及喷注物展向分布特性进行模化处理,建立了描述超声速气流中横向气体射流混合经验模型,并通过系列实验观测结果对该模型有效性进行验证.结果表明：在较宽的动量比... 详细信息

为了获得适用于工程估算的射流穿透经验关系式,对射流中心迹线、穿透边界及喷注物展向分布特性进行模化处理,建立了描述超声速气流中横向气体射流混合经验模型,并通过系列实验观测结果对该模型有效性进行验证.结果表明：在较宽的动量比范围内（动量比为0.5~5.3）,该模型预测的射流中心迹线和穿透边界均与实验图像吻合较好,在射流中心迹线附近,该模型预测的喷注物摩尔分数与实验测量值相比误差在5%以内,精度优于现有模型.随着动量比的增大,在喷孔下游一定区域内,射流引起的反转旋涡对增强,导致该模型对展向摩尔分数分布的预估产生一定误差,表明该模型的适用范围与动量比和下游距离等因素相关.

关键词：超声速气流横向射流混合模型射流中心迹线穿透边界动量比

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超声速气流中的斜激波诱导自点火

航空动力学报 2016年第2期31卷 377-382页

作者：席文雄孙明波李庆中国人民解放军装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416 国防科学技术大学高超声速冲压发动机技术重点实验室长沙410073

在来流马赫数为2.5的条件下对氢气和乙烯燃料的斜激波诱导自点火过程进行了试验研究.采用纹影和高速摄影获得了自点火初始火核的形成和发展过程.试验考察了不同的来流总温、喷注条件、凹腔长度、斜激波强度等因素对自点火过程和点火边... 详细信息

在来流马赫数为2.5的条件下对氢气和乙烯燃料的斜激波诱导自点火过程进行了试验研究.采用纹影和高速摄影获得了自点火初始火核的形成和发展过程.试验考察了不同的来流总温、喷注条件、凹腔长度、斜激波强度等因素对自点火过程和点火边界的影响.研究结果表明:入射斜激波能够提高气流的局部参数起到强化自点火的作用.凹腔内形成的低速回流区有助于初始火核形成后的火核逆流传播,并起到防止初始火核因气流振荡而吹脱的稳定源作用.增加喷注压力、增加凹腔长度、提高来流总温有助于自点火的发生.

关键词：自点火超声速气流初始火核形成凹腔斜激波

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喷注角度对超声速气流中液体横向射流的影响

推进技术 2022年第6期43卷 234-244页

作者：赵家丰聂万胜仝毅恒任永杰朱杨柱林伟航天工程大学宇航科学与技术系北京101416

为探索超声速气流中变角度组合射流对喷注雾化过程的影响,采用高速摄影和基于KHRT破碎模型的欧拉-拉格朗日数值仿真方法开展研究,仿真结果和实验吻合较好。研究表明,同一流量下逆流喷注,可以较为有效地增强混合效果,提升射流穿透深度。... 详细信息

为探索超声速气流中变角度组合射流对喷注雾化过程的影响,采用高速摄影和基于KHRT破碎模型的欧拉-拉格朗日数值仿真方法开展研究,仿真结果和实验吻合较好。研究表明,同一流量下逆流喷注,可以较为有效地增强混合效果,提升射流穿透深度。带扩张型面内液雾穿透深度呈现先增大后降低的趋势。等流量条件下顺流双孔喷注有效截面面积大体一致,略低于单孔直喷。等效流量下逆流喷注所得液雾截面面积收益最为明显。截面平均粒径方面,单孔喷注雾化粒径基本一致,顺流双孔喷雾粒径较小。等压降顺流对喷由于流量较大,雾化质量相对较差,平均粒径最大。

关键词：超声速气流喷注角度液体射流扩张型面高速摄影欧拉-拉格朗日方法

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超声速气流低温固相反应合成系统研究

化学工程 2020年第9期48卷 51-54页

作者：左金刘刚林俊林学东中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所四川绵阳621000

针对目前传统低温固相反应装置存在的问题,为探索超声速气流低温固相反应合成系统开展化学反应的可能性,利用空气动力学原理,采用自行设计的固相反应器使反应物粒子在超声速气流条件下相互剧烈摩擦与碰撞,将动能转化为分子内能,并活化... 详细信息

针对目前传统低温固相反应装置存在的问题,为探索超声速气流低温固相反应合成系统开展化学反应的可能性,利用空气动力学原理,采用自行设计的固相反应器使反应物粒子在超声速气流条件下相互剧烈摩擦与碰撞,将动能转化为分子内能,并活化反应物粒子,快速实现化合物的低温固相合成。通过理论设计和数值模拟,提出环状喷管的气动布局,采用基于离散相的两相流模型对固相颗粒运动速度和轨迹进行模拟,获得了超声速气流低温固相反应器的速度云图和不同直径固相颗粒的运动学特性,采用红外表征、紫外表征和XRD表征对聚苯胺的固相合成进行了验证,研究结果表明:证实其应用于有机体系合成的可行性,与传统的固相反应设备相比,操作简单,反应时间大大减少。

关键词：超声速气流固相合成机械能化学能

超声速气流点火助燃用等离子体火炬的试验研究

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推进技术 2015年第10期36卷 1528-1532页

作者：钟文丽席文雄段立伟徐庆尧李倩装备学院激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

对一种用于超声速气流点火助燃的高频率电弧等离子体发生器的工作特性进行了试验研究。首先采用CCD高速相机、光谱分析仪对静止空气条件下的等离子体喷射过程进行了试验,获得了不同种类、不同工作气喷注压力下等离子体射流的活性粒子种... 详细信息

对一种用于超声速气流点火助燃的高频率电弧等离子体发生器的工作特性进行了试验研究。首先采用CCD高速相机、光谱分析仪对静止空气条件下的等离子体喷射过程进行了试验,获得了不同种类、不同工作气喷注压力下等离子体射流的活性粒子种类和能量分布特性;其次,采用纹影技术对超声速横向射流条件下的等离子体喷射流场结构进行了分析。研究结果表明,等离子体射流能量集中于等离子体射流的中心轴附近,并且在中心轴下游2cm左右达到了最大衰减。等离子体的喷注压力对等离子体射流的能量分布和光谱特性影响较大。当等离子体的工作介质为N2时,喷注压力由0.3 MPa增大至0.5MPa,等离子体射流具有比较好的能量交换过程。通过光谱分析发现,氮气等离子体的组成是氮原子和氧原子,其强度随着与喷嘴距离的增大而减小,随着工作压力的增大而增大。等离子射流横向喷入超声速流场对主流的阻碍作用导致弓形激波的形成,它能有效促进活性粒子和来流的掺混过程。

关键词：等离子体火炬超声速气流纹影技术发射光谱激波

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超声速气流中液体喷雾流动数值模拟研究

航空科学技术 2023年第1期34卷 12-20页

作者：冼锦宇陈钱蔡树峰中山大学广东深圳518107

超声速气流中液体喷雾流动特性对超声速燃烧基础研究及其工程应用具有重要意义。为了定量探索超声速气流中液体横向射流雾化特性,本文对超声速气流中液体喷雾流动进行了数值模拟研究。数值模拟方法基于Eulerian-Lagrangian两相流计算架... 详细信息

超声速气流中液体喷雾流动特性对超声速燃烧基础研究及其工程应用具有重要意义。为了定量探索超声速气流中液体横向射流雾化特性,本文对超声速气流中液体喷雾流动进行了数值模拟研究。数值模拟方法基于Eulerian-Lagrangian两相流计算架构,考虑气液双向耦合,采用KH/RT液滴二次破碎模型计算液滴雾化过程,采用大涡模拟计算气相流动。结果表明,该数值模拟方法所获得的液雾场突起结构、穿透高度、液滴平均速度分布等液雾特性均能与试验结果较符合;初始液滴直径分布对破碎后液滴平均速度影响较小而对破碎后液滴平均直径及液相平均体积分数影响较大,初始液滴直径分布需在后续的建模与模拟中进行更多研究。

关键词：超声速气流液滴破碎雾化气液两相流大涡模拟

超声速气流中连续液柱建模及喷雾特性预测应用

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超声速气流中连续液柱建模及喷雾特性预测应用

作者：周曜智国防科技大学

学位级别：硕士

本文以超燃冲压发动机中的液体横向射流为研究对象,采用理论、试验与仿真相结合的方法,建立了超声速气流中的连续液柱CLC（Continuous Liquid Column）实体模型,提出了可快速预测超声速气流中液体横向射流喷雾特性的实体-粒子耦合数值... 详细信息

本文以超燃冲压发动机中的液体横向射流为研究对象,采用理论、试验与仿真相结合的方法,建立了超声速气流中的连续液柱CLC（Continuous Liquid Column）实体模型,提出了可快速预测超声速气流中液体横向射流喷雾特性的实体-粒子耦合数值计算方法。首先,对超声速气流中液体射流一次破碎进行了研究。分析了椭圆孔喷嘴长短轴之比对液体射流破碎机理、空间分布和气相流场特征的影响。结果表明:喷嘴长短轴之比影响了射流附近K-H不稳定性、R-T不稳定性的竞争关系,并导致射流破碎机理存在明显差异。液柱迎风面面积是影响射流空间分布和气流场特征的重要因素。其次,对近喷嘴区域连续液柱结构进行了研究。推导了连续液柱横截面形变方程与液体微元运动学方程,建立了可定量描述连续液柱时均形态的CLC实体模型。开展了连续液柱显微成像实验,讨论了喷注压降、喷嘴几何参数对连续液柱结构的影响。结果表明:实体模型可以较好的预测连续液柱空间结构和射流轨迹。液柱光滑段长度、射流轨迹和喷注压降、喷嘴直径呈正相关,而喷嘴长径比、流道收缩角对连续液柱结构影响较小。最后,对超声速气流中液体射流喷雾特性进行了研究。结合CLC实体模型和离散相模型,开展了实体-粒子耦合数值计算,分析了喷嘴直径对射流空间分布和雾化特性的影响,评估了实体-粒子耦合数值计算的准确性。结果表明:计算较好的还原了近喷嘴区域气液流动状态。喷雾下游横截面液滴呈现“上宽下窄”的分布特征。从整体趋势上看,计算获取的液滴SMD分布、流向速度分布与实验结果吻合较好。

关键词：理论建模连续液柱喷雾特性超声速气流

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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超声速气流中液体横向脉冲射流雾化过程研究

超声速气流中液体横向脉冲射流雾化过程研究

作者：朱元昊国防科技大学

学位级别：硕士

论文通过实验和仿真相结合的方式研究了超声速横向气流作用下脉冲液体喷注的雾化,着重关注雾化的动态过程,为这种喷注方式的应用建立理论基础。通过研究稳态液体射流的流场结构,作为研究脉冲射流的基础。通过RANS数值仿真方法获得了气... 详细信息

论文通过实验和仿真相结合的方式研究了超声速横向气流作用下脉冲液体喷注的雾化,着重关注雾化的动态过程,为这种喷注方式的应用建立理论基础。通过研究稳态液体射流的流场结构,作为研究脉冲射流的基础。通过RANS数值仿真方法获得了气相的时均流场,结合网格自适应技术追踪气液界面,计算得到的射流轨迹与实验吻合较好。分析了动量通量比和喷孔形状对弓形激波角度,边界层分离位置和激波脱体距离等流动结构的影响。使用电磁阀控制超声速气流中的方波脉冲射流。在单脉冲实验中,发现脉冲液体射流的非定常性对射流穿透深度影响不显著。在连续脉冲喷注的射流实验中发现一定质量流率下的射流穿透深度可以通过占空比来调节,从而实现对雾化过程的主动控制;方波脉冲射流随着占空比的减小、射流速度增加,二次破碎发生更快,在下游雾化后的粒径可以降低29.4%。研究了液体射流速度呈正弦振荡的脉冲射流的雾化。实验通过流量振荡器发生正弦激励,模拟超燃冲压发动机低频燃烧不稳定状态下的射流形态,由于燃烧不稳定频率与射流本身的不稳定频率相差较远,Klystron效应对喷雾形态影响较弱。在仿真研究中,使用精细的超声速两相大涡模拟求解器研究Klystron效应对于雾化过程的影响,并将振荡射流作为一种改善雾化特性的喷注方式。仿真结果表明当速度脉动的频率达到射流本身的Rayleigh-Taylor不稳定性频率时会替代Rayleigh-Taylor不稳定性主导射流雾化过程,并发现射流的速度脉动有效地改善射流与来流的混合效果,尾迹区宽度可以增加25%,射流穿透深度可以提高20%。

关键词：超声速气流脉冲射流界面追踪动态雾化 Klystron效应