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厚液膜敞口型离心喷嘴自激振荡特性试验

航空学报 2018年第9期39卷 72-81页

作者：薛帅杰刘红军洪流陈鹏飞西安航天动力研究所西安710100 液体火箭发动机技术重点实验室西安710100

为了解补燃循环液氧煤油发动机预燃室煤油离心喷嘴的自激振荡特性,在大气环境下开展了厚液膜敞口型离心喷嘴自激振荡特性试验研究。无外加激励条件下,使用水作为工作介质,通过增加喷嘴长度的方法实现了敞口型离心喷嘴旋流腔液膜增厚和... 详细信息

为了解补燃循环液氧煤油发动机预燃室煤油离心喷嘴的自激振荡特性,在大气环境下开展了厚液膜敞口型离心喷嘴自激振荡特性试验研究。无外加激励条件下,使用水作为工作介质,通过增加喷嘴长度的方法实现了敞口型离心喷嘴旋流腔液膜增厚和内流过程持续自激振荡。采用脉动压力传感器和高速相机记录了喷前压力、旋流腔气涡和喷注雾化的振荡特性。研究发现:喷嘴自激振荡过程中,旋流腔气涡周期性地"间断"和"贯通",气涡"间断"时喷注过程具有显著的klystron效应;喷前压力、旋流腔气涡和喷注雾化过程的振荡频率接近且不同喷注压降条件下振荡频率基本保持在10~45Hz之间,喷注压降对振荡过程的影响较小,喷前压力相对振荡峰值与其振荡频率显著相关;喷嘴的自激振荡过程可能由旋流腔内的液膜流动过程和气涡流动过程的耦合作用主导。

关键词：敞口型离心喷嘴厚液膜气涡雾化自激振荡 klystron效应

液体火箭发动机背压振荡环境下的雾化特性研究进展

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推进技术 2019年第11期40卷 2401-2419页

作者：李佳楠雷凡培周立新杨岸龙西安航天动力研究所液体火箭发动机技术重点实验室陕西西安710100 中国船舶工业集团有限公司北京100044

为加深对背压振荡环境下雾化特性的认识,针对在液体火箭发动机中广泛应用的气液同轴直流式喷嘴、撞击式喷嘴与离心式喷嘴,综述了背压振荡环境下单束液体射流、气液同轴射流、射流撞击以及旋流雾化特性的研究进展,总结了背压振荡影响雾... 详细信息

为加深对背压振荡环境下雾化特性的认识,针对在液体火箭发动机中广泛应用的气液同轴直流式喷嘴、撞击式喷嘴与离心式喷嘴,综述了背压振荡环境下单束液体射流、气液同轴射流、射流撞击以及旋流雾化特性的研究进展,总结了背压振荡影响雾场的主要作用机制,阐述了以往研究中存在的一些问题以及需要突破的若干关键技术难题。通过综述可知,背压振荡主要通过两个方面影响雾场:一是通过改变喷注压降影响喷射,继而影响雾化过程;二是通过振荡的气相流场直接作用于雾场。背压振荡环境下的雾化研究仍需要开展大量工作,且需要突破以下几个技术难点:在试验方面,需要设计可以产生高频率、高幅值压力振荡的反压舱装置,同时对雾场的干扰要降到最小;发展先进的光学诊断方法,可以用于反压舱内雾场信息的提取;在数值模拟方面,需要开展雾化过程的高精度数值模拟,同时研究压力波的产生、发展及演化过程,在这两点基础上研究背压振荡与雾场的相互作用。

关键词：液体火箭发动机背压振荡雾化特性燃烧不稳定 klystron效应

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厚液膜敞口型离心喷嘴动力学特性试验

航空学报 2018年第12期39卷 159-169页

作者：薛帅杰刘红军洪流陈鹏飞西安航天动力研究所西安710100 液体火箭发动机技术重点实验室西安710100

为了解补燃循环液氧煤油发动机预燃室煤油离心喷嘴的动力学特性,开展了厚液膜敞口型离心喷嘴动力学响应特性试验研究。使用水为工作介质,通过改变喷嘴切向孔直径实现了旋流腔液膜厚度改变,通过脉动发生装置在喷嘴上游的供应管路上产生... 详细信息

为了解补燃循环液氧煤油发动机预燃室煤油离心喷嘴的动力学特性,开展了厚液膜敞口型离心喷嘴动力学响应特性试验研究。使用水为工作介质,通过改变喷嘴切向孔直径实现了旋流腔液膜厚度改变,通过脉动发生装置在喷嘴上游的供应管路上产生流量和压力振荡。使用脉动压力传感器记录了喷前压力的振荡特性,使用高速相机记录了旋流腔内流过程和喷注雾化的响应特性。研究发现:当扰动波较长时,旋流腔内液膜的厚度和喷嘴的喷雾角均周期性变化,厚液膜和薄液膜喷嘴内流过程对扰动波的动力学响应特性差别不大;随着扰动波长缩短,旋流腔内液膜局部"缩口","缩口"向下游传播并使喷雾过程出现klystron效应;当扰动波较短时,相较于薄液膜喷嘴,厚液膜喷嘴旋流腔内流动过程对扰动波的耗散作用较弱,但厚液膜喷嘴的雾化过程对外加扰动始终不敏感。

关键词：敞口型离心喷嘴厚液膜动力学响应扰动波 klystron效应耗散

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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

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强迫扰动下的射流撞击雾化特性

航空学报 2020年第12期41卷 79-100页

作者：李佳楠雷凡培杨岸龙周立新西安航天动力研究所液体火箭发动机技术重点实验室西安710100 中国船舶集团有限公司北京100097

为全面把握撞击式喷嘴的工作特性,进一步认识雾化在燃烧不稳定中所起的作用,采用试验结合数值模拟的方法开展了强迫扰动条件下撞击式喷嘴的非稳态雾化特性研究。试验方面,采用水力扰动装置产生喷前压力扰动,由脉动压力传感器记录喷前的... 详细信息

为全面把握撞击式喷嘴的工作特性,进一步认识雾化在燃烧不稳定中所起的作用,采用试验结合数值模拟的方法开展了强迫扰动条件下撞击式喷嘴的非稳态雾化特性研究。试验方面,采用水力扰动装置产生喷前压力扰动,由脉动压力传感器记录喷前的脉动压力,由高速摄影对动态的喷雾场进行背光拍摄。数值模拟则是基于开源程序Gerris开展,通过给定周期性变化的速度入口来模拟前端压力扰动下的撞击雾化过程。首先验证了建立的数值模拟方案处理非稳态雾化的有效性,其次将自然雾化与强迫扰动雾化进行对比,分析了强迫扰动条件下的撞击雾化特性,最后研究了扰动频率与扰动幅值对于撞击雾化的影响。结果表明:强迫扰动下的射流撞击喷雾场出现了弓形液滴群局部聚集的现象,并且在时间上表现出周期性特征,雾化频率与强迫扰动的频率一致。在研究的频率范围(1 257~3 563Hz)内,撞击式喷嘴的雾化对扰动都有响应。扰动频率主要影响相邻弓形液滴群之间的间距以及雾场与扰动压力之间的相位关系,扰动幅值则主要影响雾化klystron效应的强度。随着扰动幅值的增大,液膜的破碎长度减小,撞击点下游的流量特性由线性向非线性转变,由正弦波形转变为陡峭前缘波形。

关键词：撞击式喷嘴强迫扰动雾化 klystron效应 Gerris 周期性燃烧不稳定

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注气离心喷嘴喷注过程稳定性试验

航空学报 2019年第7期40卷 47-57页

作者：薛帅杰刘红军陈鹏飞夏益志西安航天动力研究所西安710100 液体火箭发动机技术重点实验室西安710100

为了解管路注气对补燃循环液氧煤油发动机预燃室煤油离心喷嘴喷注过程稳定性的影响,在大气环境下开展了敞口型离心喷嘴注气时喷注过程稳定性试验。使用注气装置在离心喷嘴的上游供应管路中注入空气,通过高速相机记录管路内的两相流特征... 详细信息

为了解管路注气对补燃循环液氧煤油发动机预燃室煤油离心喷嘴喷注过程稳定性的影响,在大气环境下开展了敞口型离心喷嘴注气时喷注过程稳定性试验。使用注气装置在离心喷嘴的上游供应管路中注入空气,通过高速相机记录管路内的两相流特征和喷嘴喷注过程的振荡特征,采用图像区域亮度分析方法定量评估喷注过程的振荡强度。研究发现:注气能显著改变敞口型离心喷嘴的喷注雾化过程及稳定性特征;注气后雾化液膜破碎距离缩短且喷雾角减小,喷注过程出现明显的振荡并伴随klystron效应;管路内两相流的气泡尺度较大且切向孔较小时,喷注过程的振荡幅值较大;随着注气量增加,喷注过程的振荡频率降低;气泡尺度及两相流型对离心喷嘴喷注振荡过程的影响与普通气泡雾化喷嘴的显著不同,柱状流型时离心喷嘴喷注过程出现1~3 Hz流量振荡且可能间歇性断流。气泡对切向孔的间歇性堵塞作用可能是喷注过程振荡及klystron效应的原因。

关键词：敞口型离心喷嘴气泡两相流型喷注稳定性 klystron效应