超燃燃烧室小肋片/气动斜坡结构组合研究
发布时间：2021-08-24 04:59
为设计出一种能有效增强掺混、提高燃烧效率的燃料喷注方案,首次将锥形肋片与气动斜坡进行结构组合研究,并对小肋片/气动斜坡不同组合方式冷、热流场进行数值模拟,分析结果发现:与传统的气动斜坡喷射相比,多肋片展向组合后方喷射能取得较为理想的掺混效果,并且不会带来较大总压损失;引入燃气发生器后,肋片的掺混增强效果得到明显提升。改善后的喷射方案能提高约9%的燃烧效率。
【文章来源】：空气动力学学报. 2020,38(05)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
超燃燃烧室结构示意图与局部网格示意图（单位：mm)
为充分对比不同组合方式流场特性，一共设置了12个算例。图2是小肋片/气动斜坡不同结构组合方式与Case 4局部网格示意图。Case 1为仅带传统气动斜坡的算例，喷射角度与文献[21]中的算例一致，Case 2将Case 1中的喷孔均改为垂直喷射，Case 3将四孔展向排列，垂直喷射。Case 4～Case 6分别为在Case 1～Case 3基础上增设了小肋片，其结构图如图3所示，小肋片与各喷孔阵列最前端的喷孔流向距离保持2 d(d=1.4mm为喷孔直径）。Case 1+～Case 6+分别为在Case 1～Case 6模型后设置了燃气发生器，燃气发生器距离第一排喷孔20d，旨在对燃烧室进行点火与维持火焰稳定。各算例设置方式见表2。各冷流算例来流入口总温1200K，其余参数条件与文献[21]一致。对于各热流算例，燃气发生器点火的算例为Case 1+与Case 6+，来流总温为1200K；激波诱导点火的算例不带燃气发生器，算例分别为Case 1与Case 6，来流总温为1800K。其余参数条件为：来流马赫数Ma=2，总压pt=500kPa，静压p=108kPa，气流成分的质量分数αO2=23.2%，αN2=68.8%，αH2 O=8%。图3 小肋片结构示意图
图2 小肋片/气动斜坡不同结构组合方式与局部网格示意图选择文献[21]的试验模型作为气动斜坡验证算例（即算例Case 1+）。图4(a,b）是冷流场试验纹影图与数值模拟压强云图的对比，流场结构一致。图4(c）是数值模拟出的热流场燃烧室上壁面压力值与热流试验值对比。由于来流与气动斜坡之间产生的激波相互交错，从而导致上壁面静压曲线振荡。从图中可以看出数值模拟出的压强曲线与实验值整体吻合较好，说明湍流模型、组分输运模型与化学反应模型选取的合理性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激波加热超声速燃烧室直连式试验台喷管中的化学非平衡流动[J]. 翟小飞,张扣立,白菡尘,李国志. 空气动力学学报. 2020(02)
[2]超燃燃烧室肋片/凹腔组合结构研究[J]. 杨文佳,高峰,王应洋,马新鹏. 弹箭与制导学报. 2019(01)
[3]超燃燃烧室悬臂斜坡/凹腔组合结构研究[J]. 杨文佳,高峰,张涵,夏雪峰. 弹箭与制导学报. 2017(06)
[4]超燃燃烧室悬臂斜坡喷注器/凹腔组合结构研究[J]. 吴达,黄桂彬,陈锋莉,张涵. 航空工程进展. 2017(02)
[5]Performance comparison of aero-ramp and transverse injector based on gas-pilot flame[J]. SONG Gang-lin,ZHANG Yan,WEI Bao-xi,TIAN Liang,XU Xu. 航空动力学报. 2014(02)
[6]前置肋片对凹槽火焰稳定器混合特性的影响[J]. 金劲睿,刘玉英,洪燕. 航空动力学报. 2011(12)
[7]应用气动斜坡和燃气发生器的超燃燃烧室[J]. 闫明磊,韦宝禧,徐旭,史新兴. 北京航空航天大学学报. 2011(07)
[8]超声速燃烧气动斜坡喷注器研究[J]. 吴海燕,周进,邵艳,张顺平,孙明波. 航空动力学报. 2009(04)
硕士论文
[1]超燃烧室火焰稳定技术的试验研究[D]. 杨阳.北京航空航天大学 2012
本文编号：3359328
【文章来源】：空气动力学学报. 2020,38(05)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
超燃燃烧室结构示意图与局部网格示意图（单位：mm)
为充分对比不同组合方式流场特性，一共设置了12个算例。图2是小肋片/气动斜坡不同结构组合方式与Case 4局部网格示意图。Case 1为仅带传统气动斜坡的算例，喷射角度与文献[21]中的算例一致，Case 2将Case 1中的喷孔均改为垂直喷射，Case 3将四孔展向排列，垂直喷射。Case 4～Case 6分别为在Case 1～Case 3基础上增设了小肋片，其结构图如图3所示，小肋片与各喷孔阵列最前端的喷孔流向距离保持2 d(d=1.4mm为喷孔直径）。Case 1+～Case 6+分别为在Case 1～Case 6模型后设置了燃气发生器，燃气发生器距离第一排喷孔20d，旨在对燃烧室进行点火与维持火焰稳定。各算例设置方式见表2。各冷流算例来流入口总温1200K，其余参数条件与文献[21]一致。对于各热流算例，燃气发生器点火的算例为Case 1+与Case 6+，来流总温为1200K；激波诱导点火的算例不带燃气发生器，算例分别为Case 1与Case 6，来流总温为1800K。其余参数条件为：来流马赫数Ma=2，总压pt=500kPa，静压p=108kPa，气流成分的质量分数αO2=23.2%，αN2=68.8%，αH2 O=8%。图3 小肋片结构示意图
图2 小肋片/气动斜坡不同结构组合方式与局部网格示意图选择文献[21]的试验模型作为气动斜坡验证算例（即算例Case 1+）。图4(a,b）是冷流场试验纹影图与数值模拟压强云图的对比，流场结构一致。图4(c）是数值模拟出的热流场燃烧室上壁面压力值与热流试验值对比。由于来流与气动斜坡之间产生的激波相互交错，从而导致上壁面静压曲线振荡。从图中可以看出数值模拟出的压强曲线与实验值整体吻合较好，说明湍流模型、组分输运模型与化学反应模型选取的合理性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激波加热超声速燃烧室直连式试验台喷管中的化学非平衡流动[J]. 翟小飞,张扣立,白菡尘,李国志. 空气动力学学报. 2020(02)
[2]超燃燃烧室肋片/凹腔组合结构研究[J]. 杨文佳,高峰,王应洋,马新鹏. 弹箭与制导学报. 2019(01)
[3]超燃燃烧室悬臂斜坡/凹腔组合结构研究[J]. 杨文佳,高峰,张涵,夏雪峰. 弹箭与制导学报. 2017(06)
[4]超燃燃烧室悬臂斜坡喷注器/凹腔组合结构研究[J]. 吴达,黄桂彬,陈锋莉,张涵. 航空工程进展. 2017(02)
[5]Performance comparison of aero-ramp and transverse injector based on gas-pilot flame[J]. SONG Gang-lin,ZHANG Yan,WEI Bao-xi,TIAN Liang,XU Xu. 航空动力学报. 2014(02)
[6]前置肋片对凹槽火焰稳定器混合特性的影响[J]. 金劲睿,刘玉英,洪燕. 航空动力学报. 2011(12)
[7]应用气动斜坡和燃气发生器的超燃燃烧室[J]. 闫明磊,韦宝禧,徐旭,史新兴. 北京航空航天大学学报. 2011(07)
[8]超声速燃烧气动斜坡喷注器研究[J]. 吴海燕,周进,邵艳,张顺平,孙明波. 航空动力学报. 2009(04)
硕士论文
[1]超燃烧室火焰稳定技术的试验研究[D]. 杨阳.北京航空航天大学 2012
本文编号：3359328
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