障碍物对脉冲爆震发动机填充过程的影响研究

发布时间：2021-08-10 17:59

　　为了探究障碍物对脉冲爆震火箭发动机（pulse detonation rocket engine,PDRE）在无阀自适应工作方式下燃料与氧化剂填充过程的影响,采用汽油为燃料,富氧空气为氧化剂,开展了装有4种障碍物的无阀式PDRE两相单次填充过程的数值模拟及PDRE多循环爆震实验研究。研究结果表明:障碍物阻碍了燃料向爆震管尾部的填充,使得填充结果存在极大的轴向和径向不均匀性,燃油液滴在爆震管头部和管壁附近聚集,孔板型障碍物对燃料的填充有严重的阻碍作用;Shchelkin螺旋、螺旋凹槽和环形凹槽可以实现爆震起始与稳定传播,而孔板无法实现爆震起始。 

【文章来源】：西北工业大学学报. 2020,38(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

爆震管及障碍物示意图

为了获得不同部位燃料液滴填充情况,在爆震管Z=22,148,242,465 mm等位置处取径截面及X=0 mm处取对称轴截面进行分析,具体截面位置分布如图2所示。2.1 液滴分布

不同障碍物影响下的X=0轴截面氧气质量分数的分布如图3所示。由图3可见,各障碍物影响下的氧气质量分数在轴向和径向的分布基本均匀,4种障碍物对氧气的填充结果影响主要体现在爆震管的后半段。由于向凸起式障碍物相对于凹槽式障碍的流阻更大,使得装有Shchelkin螺旋和孔板的爆震管后半段的氧气质量分数略小于装有环形凹槽和螺旋凹槽的爆震管。但从氧化剂填充的总体结果来看,不同形状障碍物对氧化剂填充的影响很小,可以近似忽略。图4为不同障碍物影响下的X=0轴截面液滴体积分布图。对于氧气体积分数为40%的富氧空气,与化学恰当比对应正辛烷体积分数约为0.02%。从图4中可以看出,液滴的分布存在极大的轴向不均匀性。液滴大量聚集在爆震管的头部和壁面上,而爆震管轴线附近液滴分布较少。在爆震管头部聚集的液滴会使得爆震管的头部在2次爆震循环之间存在大量未完全燃烧的高温产物,这些高温产物容易提前引燃下一个循环填入的燃油,从而使得爆震隔离失效。由于脉冲爆震发动机多循环连续工作,爆震管的管壁温度会快速升高,使得在爆震管壁面的液滴可以快速蒸发,改善填充效果,有助于爆震的起始与传播。本数值计算中未考虑爆震管壁温对填充的影响,因此大量液滴附着在管壁上。Shchelkin螺旋使得填充气流产生螺旋,更多液滴在经过障碍物段后附着在爆震管后部的管壁上,且有少部分液滴被阻塞在障碍物段前。在有螺旋凹槽和环形凹槽的爆震管中,大量液滴在填充过程中进入凹槽中,阻碍了液滴向爆震管后端的填充。孔板对液滴填充的影响主要体现在孔板会将大量液滴阻塞在障碍物段前,严重阻碍了液滴向爆震管后的填充,但孔板会使得液滴在经过障碍物后在爆震管中分布得更均匀,减少液滴在爆震管后部管壁上的附着。


本文编号：3334525