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超声速燃烧火焰稳定凹腔质量交换特性的数值研究

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力学学报 2007年第2期39卷 188-194页

作者：孙明波梁剑寒王振国国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

对超声速冷流条件下用于超燃冲压发动机的凹腔火焰稳定器的质量交换特性进行研究．采用混合RANS／LES方法对非定常流场进行数值模拟,考虑了凹腔的长深比和后缘角度两个关键参数．计算得到了凹腔剪切层拟序结构的演化过程．对凹腔压力振... 详细信息

对超声速冷流条件下用于超燃冲压发动机的凹腔火焰稳定器的质量交换特性进行研究．采用混合RANS／LES方法对非定常流场进行数值模拟,考虑了凹腔的长深比和后缘角度两个关键参数．计算得到了凹腔剪切层拟序结构的演化过程．对凹腔压力振荡历程进行幅频分析,所得到的频率和理论分析结果及一些计算结果十分吻合．结果表明,凹腔的长深比和后缘倾角对凹腔质量交换过程都有较大的影响．凹腔驻留时间随着长深比的增加而增加．随着后缘倾角减小,长深比较小的凹腔的驻留时间增加,长深比较大的凹腔则完全相反．该计算结果为凹腔设计提供了新认识．

关键词：凹腔火焰稳定器超声速燃烧混合RANS/LES 凹腔驻留时间

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超声速燃烧中的特征尺度及影响因素

航空动力学报 2013年第7期28卷 1458-1466页

作者：李晓鹏张泰昌齐力范学军中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院高超声速科技中心北京100190

针对超燃冲压发动机典型的飞行条件,分别以氢气、乙烯和煤油(由质量分数为0.8的正十烷和0.2的三甲基苯化学替代)作为燃料,分析了超声速燃烧中的特征尺度及其影响因素,给出了细致的超燃冲压发动机工作范围,并探讨了火焰面模型在超声速燃... 详细信息

针对超燃冲压发动机典型的飞行条件,分别以氢气、乙烯和煤油(由质量分数为0.8的正十烷和0.2的三甲基苯化学替代)作为燃料,分析了超声速燃烧中的特征尺度及其影响因素,给出了细致的超燃冲压发动机工作范围,并探讨了火焰面模型在超声速燃烧数值模拟中的适用性.结果表明:从氢气、乙烯到煤油,超燃冲压发动机工作范围依次减少,丹姆克尔数(Da)呈现量级的变化,火焰模式以旋涡小火焰为主,其中Taylor尺度起着关键性作用.同时也发现:相对于亚声速燃烧,在超声速燃烧的数值计算中,对能否采用火焰面模型还需要更加仔细的考虑.

关键词：超声速燃烧火焰模式湍流特征尺度超燃冲压发动机工作范围火焰面模型

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超声速燃烧中的概率密度函数方法研究进展

航空学报 2024年第8期45卷 24-45页

作者：乔竑玮梁剑寒张林孙明波陈玉俏国防科技大学高超声速技术实验室长沙410073

概率密度函数方法能够精确封闭湍流/化学反应相互作用,在湍流燃烧数值模拟中得到了广泛应用。随着高超声速推进技术的不断发展,超燃冲压发动机内的超声速湍流燃烧为概率密度函数方法的应用带来了新的挑战。首先,综述了概率密度函数方法... 详细信息

概率密度函数方法能够精确封闭湍流/化学反应相互作用,在湍流燃烧数值模拟中得到了广泛应用。随着高超声速推进技术的不断发展,超燃冲压发动机内的超声速湍流燃烧为概率密度函数方法的应用带来了新的挑战。首先,综述了概率密度函数方法应用于超声速湍流燃烧的最新进展,概述了概率密度函数方法的基本理论、关键模型和求解框架;其次,介绍了超声速湍流燃烧对概率密度函数方法的理论、模型和数值求解方面的具体挑战和相关研究工作,包括考虑可压缩效应、高速源项模型修正、小尺度混合模型改进等;然后,综述了概率密度函数方法在超声速湍流燃烧中的应用情况;最后,对超声速燃烧中概率密度函数方法的应用前景和发展方向做出了展望。

关键词：概率密度函数方法湍流燃烧超声速燃烧超燃冲压发动机大涡模拟

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超声速燃烧室内氢气燃烧的三维数值研究

航空动力学报 2007年第12期22卷 1984-1988页

作者：周建兴朴英岂兴明祝剑虹清华大学航天航空学院北京100084

通过隐式耦合求解可压缩N-S方程及组分方程,对氢气的超声速燃烧进行三维数值模拟,对燃烧室内的冷热态流场,以及氢气喷射压力对燃烧的影响进行了系统分析和研究.研究表明,燃烧放热以及氢气喷射压力提高都会导致燃烧室内波系结构变化,沿... 详细信息

通过隐式耦合求解可压缩N-S方程及组分方程,对氢气的超声速燃烧进行三维数值模拟,对燃烧室内的冷热态流场,以及氢气喷射压力对燃烧的影响进行了系统分析和研究.研究表明,燃烧放热以及氢气喷射压力提高都会导致燃烧室内波系结构变化,沿周向的流向涡增强,压缩波和膨胀波与氢气核心区的相互作用增强,促进氢气和空气的掺混,更利于氢气的燃烧.

关键词：航空航天推进系统超声速燃烧氢气流向涡超燃冲压发动机

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超声速燃烧气动斜坡喷注器研究

航空动力学报 2009年第4期24卷 760-765页

作者：吴海燕周进邵艳张顺平孙明波国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

为增强超声速燃烧过程的燃料混合,设计了通过喷嘴阵列形成流向涡强化混合的气动斜坡实验件.在直连式实验台上对气动斜坡实验件进行了纹影及油流谱等冷试实验研究.并采用大涡模拟(LES)方法数值模拟了超声速流场中气动斜坡的流动及燃烧特... 详细信息

为增强超声速燃烧过程的燃料混合,设计了通过喷嘴阵列形成流向涡强化混合的气动斜坡实验件.在直连式实验台上对气动斜坡实验件进行了纹影及油流谱等冷试实验研究.并采用大涡模拟(LES)方法数值模拟了超声速流场中气动斜坡的流动及燃烧特性.结果表明:气动斜坡喷注器的喷嘴阵列设计能有效加速喷流后流向涡的卷起,提高掺混特性;其燃烧过程也能使喷流形成的剪切层上抬,增进混合;由于喷流方向与主流方向夹角较小,总压损失也较物理斜坡、横向喷流等混合增强方式小.

关键词：超声速燃烧气动斜坡大涡模拟喷注器

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超声速燃烧的湍流流场数值模拟

空气动力学学报 2008年第1期26卷 73-78页

作者：许丁王春马晖扬中国科学院研究生院北京100049 中国科学院力学研究所北京100080

选择了6个有代表性的湍流模型,对超声速燃烧湍流流场开展了数值模拟。采用的模型包括5个线性涡粘性模型和1个非线性模型,在非线性模型中同时引入了可压缩修正。数值结果表明,本文发展的数值方法可以成功地应用于求解可压缩、含化学反应... 详细信息

选择了6个有代表性的湍流模型,对超声速燃烧湍流流场开展了数值模拟。采用的模型包括5个线性涡粘性模型和1个非线性模型,在非线性模型中同时引入了可压缩修正。数值结果表明,本文发展的数值方法可以成功地应用于求解可压缩、含化学反应的多组分N-S方程。同时引入可压缩性修正的二阶涡粘性模型给出的结果较好。

关键词：超声速燃烧湍流模型可压缩性

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超声速燃烧与高超声速推进

力学进展 2013年第5期43卷 449-471页

作者：俞刚范学军中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190

50多年的努力和曲折经历证明了超声速燃烧冲压发动机概念的可行性．本文对影响超燃冲压发动机技术成熟的主要因素作了扼要的分析．高超声速推进的首要问题是净推力，利用超声速燃烧获得推力遇到各种实际问题的制约，它们往往互相牵制．... 详细信息

50多年的努力和曲折经历证明了超声速燃烧冲压发动机概念的可行性．本文对影响超燃冲压发动机技术成熟的主要因素作了扼要的分析．高超声速推进的首要问题是净推力，利用超声速燃烧获得推力遇到各种实际问题的制约，它们往往互相牵制．几次飞行试验表明高超声速飞行需要的发动机净推力仍差强人意，液体碳氢燃料（煤油）超燃冲压发动机在飞行马赫数5上下的加速和模态转换过程，成为高超声速吸气式推进继续发展的瓶颈．研究表明，利用吸热碳氢燃料不仅是发动机冷却的需要也是提高发动机推力和性能的关键举措，燃料吸热后物性改变对燃烧性能的附加贡献对超燃冲压发动机的净推力至关重要．当前，实验模拟技术和测量技术相对地落后，无法对环境、尺寸和试验时间做到完全的模拟．计算流体动力学（ComputationalFluidDynamics，CFD）逐渐成为除实验以外唯一可用的工具，然而，超声速燃烧的数值模拟遇到湍流和化学反应动力学的双重困难．影响对发动机的性能作正确可靠的评估．提出双模态超燃冲压发动机模态转换、吸热碳氢燃料主动冷却燃料催化裂解与超声速燃烧耦合、燃烧稳定性、实验模拟技术与装置、内流场特性和发动机性能测量、数值模拟中的湍流模型、煤油替代燃料及简化机理等研究前沿课题，和未来5。10年重点发展方向的建议．

关键词：超声速燃烧高超声速推进超燃冲压发动机吸热碳氢燃料燃烧稳定性模态转换

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超声速燃烧室小支板对射流作用的数值分析

航空动力学报 2016年第1期31卷 211-218页

作者：王应洋李旭昌王宏宇张涵空军工程大学防空反导学院西安710051

为分析小支板前/后喷射在超声速燃烧室中的流动特性,运用数值模拟方法研究了小支板对乙烯喷射冷流场的作用规律.对比分析了有无小支板、不同喷射位置、不同喷射角对流场的影响.研究发现小支板增强掺混的机制主要在于在小支板后端形成了... 详细信息

为分析小支板前/后喷射在超声速燃烧室中的流动特性,运用数值模拟方法研究了小支板对乙烯喷射冷流场的作用规律.对比分析了有无小支板、不同喷射位置、不同喷射角对流场的影响.研究发现小支板增强掺混的机制主要在于在小支板后端形成了流向涡与低压区;在一定范围内,喷孔距离支板尾部越远越处于湍流强度较大的流向涡中,更有利于掺混增强,但同时也距离小支板后缘的低压区更远,这将导致总压损失变大;综合考虑,小支板与喷孔的距离为2.2d,喷射角为90°时燃料穿透深度、混合效率较好,总压损失也相对较小.

关键词：超声速燃烧小支板掺混增强乙烯横向射流

超声速燃烧凹腔质量交换特性的混合RANS/LES模拟

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航空动力学报 2010年第1期25卷 41-46页

作者：汪洪波孙明波吴海燕王振国国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

对超声速冷流及燃烧流条件下超燃冲压发动机火焰稳定凹腔的质量交换特性进行了研究.采用混合RANS/LES(Reynolds-averaged Navier-Stokes/large-eddy simulation)方法对非定常流场进行数值模拟,系统研究了凹腔结构参数和横向喷流燃烧放... 详细信息

对超声速冷流及燃烧流条件下超燃冲压发动机火焰稳定凹腔的质量交换特性进行了研究.采用混合RANS/LES(Reynolds-averaged Navier-Stokes/large-eddy simulation)方法对非定常流场进行数值模拟,系统研究了凹腔结构参数和横向喷流燃烧放热对凹腔质量交换特性的影响.首次采用"原子追踪法"对化学反应流条件下的凹腔质量交换过程进行了刻画.结果表明:在冷流条件和燃烧流条件下,凹腔驻留时间均随长深比的增大而增加;凹腔后缘倾角对驻留时间的影响在冷流条件下比较显著,而在燃烧流条件下明显减弱;相同结构的凹腔,在燃烧流条件下的驻留时间相对于冷流条件明显减小.

关键词：火焰稳定凹腔超声速燃烧混合RANS/LES 质量交换原子追踪法