中心钝体凹腔超燃燃烧组织技术研究

发布时间：2017-09-12 09:36

  本文关键词：中心钝体凹腔超燃燃烧组织技术研究

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【摘要】：高超声速吸气式推进系统的发展将推进未来高速空天飞行的实现,超燃冲压发动机以其在高超声速下的优异性能受到各国的广泛关注,而超燃燃烧组织技术则是一项超燃冲压发动机研究过程中亟需解决的关键技术。本文提出一种带中心钝体凹腔结构的超燃燃烧室设计方案,利用在流道中心设置的前后钝体形成凹腔,构成中心点火和稳焰的超燃组织方式,使高温燃烧区位于流道中心,燃烧放热量完全加给主流以提高能量利用率,同时降低燃烧室壁面热负荷。通过数值模拟方法研究了带中心钝体凹腔结构的燃烧室在不同结构参数和喷油方案下的流动和燃烧性能,获得了优化的带中心钝体凹腔结构的燃烧室设计方案。主要成果如下:1.开展了超燃冲压发动机燃烧室结构设计,包括等直隔离段、中心钝体凹腔稳焰段(包括凹腔、钝体以及钝体凹腔两侧补偿段)以及燃烧室型面这三个部分,获得一个带中心钝体凹腔结构的超燃燃烧室初步设计方案。2.以二元超燃冲压发动机二维计算模型为基础,研究了不同结构参数对燃烧室性能的影响。通过对不同凹腔长宽比与不同钝体高度下燃烧室性能研究发现,凹腔太小难以点燃外部主流,凹腔太大会带来较大的流场损失。通过对不同钝体结构参数的研究发现,锥角过小不利于火焰传播,锥角过大会影响燃烧室流量,并易导致热壅塞。通过对补偿段的研究发现,若面积扩张比例小,燃烧放热后燃烧室易进入亚燃模态,若扩张比例大,则难以点燃主流、实现超燃稳定燃烧。通过对不同扩张角与扩张方向下的燃烧性能分析,发现燃烧室扩张段扩张方向与扩张角在一定范围内对超燃燃烧性能的影响不大。3.以二元超燃冲压发动机三维计算模型为对象,研究不同的喷油方案对燃烧组织的影响。研究发现交错式布置的喷嘴煤油分布更均匀,燃烧后效率更高,有利于提高超燃燃烧室性能;当量比的增加提高了燃烧室性能,但过大的当量比易导致热壅塞。
【关键词】：超声速燃烧 中心钝体凹腔 燃烧组织 稳焰 交错式喷注
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V231.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-15
• 注释表15-16
• 缩略词16-17
• 第一章 绪论17-27
• 1.1 研究背景及意义17-19
• 1.2 超燃冲压发动机研究概况19-20
• 1.2.1 国外试验研究概况19-20
• 1.2.2 国内试验研究概况20
• 1.3 超燃燃烧技术研究现状20-25
• 1.3.1 超声速燃烧室燃料喷射及掺混技术21-23
• 1.3.2 超声速燃烧室点火技术23-24
• 1.3.3 超声速燃烧室火焰稳定技术24-25
• 1.4 本文主要内容和章节安排25-27
• 第二章 数学模型及验证27-33
• 2.1 燃烧流动控制方程27-28
• 2.1.1 质量守恒方程27
• 2.1.2 动量守恒方程27
• 2.1.3 能量守恒方程27-28
• 2.1.4 组分守恒方程28
• 2.2 数值模拟中采用的计算模型28
• 2.3 数值模拟方法的验证28-32
• 2.3.1 计算模型与网格划分29-30
• 2.3.2 边界条件30
• 2.3.3 算例验证结果30-32
• 2.4 本章小节32-33
• 第三章 带中心钝体凹腔结构的二元超燃燃烧室方案设计33-39
• 3.0 带中心钝体凹腔结构燃烧室的二元超燃冲压发动机模型33-34
• 3.1 超燃燃烧室隔离段长度的确定34-35
• 3.2 带中心钝体凹腔的点火和稳焰段结构设计35-36
• 3.3 稳焰补偿段结构设计36
• 3.4 燃烧室外型面设计36-37
• 3.5 带中心钝体凹腔结构的超燃燃烧室初步方案设计结果37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第四章 二元超燃燃烧室性能的二维数值模拟39-67
• 4.1 数值模拟方法及计算条件39-43
• 4.1.1 模型结构与喷油设置39-40
• 4.1.2 数值计算方法40
• 4.1.3 边界条件40-41
• 4.1.4 网格与网格无关性验证41-43
• 4.2 中心钝体凹腔结构参数对燃烧室性能的影响研究43-53
• 4.2.1 凹腔结构参数对燃烧室性能的影响44-50
• 4.2.2 钝体结构参数对燃烧室性能的影响50-53
• 4.3 稳焰补偿段结构参数对燃烧室性能的影响研究53-60
• 4.3.1 有无补偿段的比较53-55
• 4.3.2 补偿段不同面积扩张比例对燃烧组织性能的影响55-59
• 4.3.3 补偿段圆滑过度对燃烧组织性能的影响分析59-60
• 4.4 燃烧室外型面结构对性能的影响研究60-65
• 4.4.1 外型面结构参数对性能的影响分析60-61
• 4.4.2 燃烧室扩张角对燃烧室性能影响比较61-63
• 4.4.3 单边扩张与双边扩张结构下的燃烧室性能比较63-65
• 4.5 本章小结65-67
• 第五章 二元超燃燃烧室性能的三维数值模拟67-82
• 5.1 计算模型及边界条件67-69
• 5.1.1 模型结构与燃油不同喷注位置喷注方案67-69
• 5.1.2 模型网格69
• 5.2 三维燃烧室的流动特性分析69-70
• 5.3 三维模型不同喷注位置计算结果分析70-76
• 5.3.1 不同喷注位置方案浓度场计算结果分析70-73
• 5.3.2 不同喷注位置方案热态计算结果分析73-76
• 5.4 三维模型不同当量比对燃烧室性能影响76-80
• 5.4.1 不同当量比方案浓度场计算结果分析77-78
• 5.4.2 不同当量比方案热态计算结果分析78-80
• 5.5 本章小结80-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 总结82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 在学期间的研究成果与发表的论文89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：836452