超音速喷管射流掺混特性研究

发布时间：2020-07-24 18:05

【摘要】：鉴于超燃冲压的工作原理,提出了一种在固体火箭发动机尾喷管内喷入新鲜空气,与富含H2、C0以及金属添加物的燃气等可燃物质进一步燃烧的思路。对于超音速条件下的燃烧问题,燃料与空气的充分混合是其提高燃烧效率的关键性问题之一。为此,有必要采用实验方法和数值模拟的方法对其进行研究。设计实验方案,对超音速喷管的射流掺混进行冷态实验研究。通过拉瓦尔喷管设计理论设计主流喷管和射流喷管分别模拟超音速飞行下尾喷管燃气和空气射流,并进一步设计实验台、压力测试方案和供气系统。纹影实验可以清晰地观察到流场的结构,包括激波、膨胀波、压缩波以及滞止区域的位置。根据射流掺混深度分析可知主流压力的减小和射流压力的增大都能提高射流掺混效果。根据实验结果确定数值模拟模型,进一步分析射流入射总压、射流宽度、射流入射位置以及入射角度等四个参数对掺混的影响,并对喷管内的燃烧进行探索性研究。研究表明:射流入射总压和射流宽度的增大都可以提高掺混效果和燃烧效率,总压损失系数变化较小,在一定范围内,射流入射位置靠近出口,掺混效果和燃烧效率都会降低,总压损失系数变化较小,而减小入射角度可以明显增加掺混和燃烧效率,但是总压损失系数也会明显增大。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V435
【图文】：

位置分布,喷孔,布置方案,斜坡

产生的效果。Ｊ．Ａ．ＳｃｈｅｔＺ等人提出一种气动斜坡组织形式，这种喷注方式会在下游产逡逑生一个背风区域，非常适合点火装置的安放［４１］。谭大刚等人设计了一种气动斜坡注射逡逑器，如图１．１所示，通过设计喷孔的入射角度和位置分布形成气动斜坡。并研宄了其逡逑在掺混，火焰稳定方面的作用，研宄表明：与直喷方案相比掺混效率提高，对主流的逡逑影响效果更小，总压恢复系数更高［４２］。逡逑一夕—ｒ逡逑＿＿＿邋Ｍ邋■－；：？．邋ｊ逦ｊ逡逑卜３．．．逦（？）逡逑一ｙｉ－－逦－—邋逦！逡逑图１．１邋一种气动斜坡的布置方案逡逑喷孔形状可以产生扰动增强掺混，因此有必要进行研宄。Ｓｃｈａｄｏｗ等人研宄了祁有逡逑圆喷孔和圆形喷孔对混合流场的影响。研宄表明，椭圆形喷孔的性能优于圆形喷孔，逡逑起到更好的掺混效果＾３］。Ｓａｄａｔａｋｅ邋Ｔｏｍｉｏｋａ设计一种菱形喷嘴，以一定偏转角和喷射＇逡逑角度向超音速流场中喷注燃料，获得最佳射流穿透深度和混合效果。通过这种设计可逡逑以在较小的动压比下获得更深的穿透深度［４４］。逡逑凹腔可以成为自激荡的有效装置，增加超音速气流的掺混。钟战等人研宄了单凹逡逑腔和并联凹腔两种凹腔布置方案

模型图,等熵流动,一维,变截面

图３．１．邋１变截面一维等熵流动模型逡逑流动的控制方程组为：逡逑ｍ邋＝邋ｐＶＡ邋＝邋Ｃｏｎｓｔ逡逑ｄｎ邋＋邋ｐＶｄＶ邋＝邋０逡逑ｐｆ邋１逦＼ｄ邋ｈ＋－Ｖ２邋＝０逡逑ｌ邋ｌ邋２邋Ｊ逡逑：逡逑Ｐ邋＝邋ｐＲＴ：逡逑＼ｈ邋＝邋ｃｐＴ逡逑Ｗ。面变化ｄＡ来表示。考虑截面积变化对流速的影

拉瓦尔喷管,主要参数,管道,公式

ｐ－的影响公式：逡逑Ｔ邋＼－Ｍ２邋Ａ逡逑的影响公式：逡逑ｄａ逦ｄＡ逡逑数的影响公式：逡逑＋逦ｄＡＭ邋—逦Ｍ２－ｌ逦＇邋Ａ逡逑流动的分析和计算逡逑面之后使管道扩张，则当管道出口界面处的动能从声速流变为超声速流。这种先收敛后敛后扩张的管道形状是从初始亚声速流获得超几何条件。逡逑0＾逡逑

【参考文献】