质量流率对旋转爆震波传播速度影响实验研究

发布时间：2019-12-02 16:07

【摘要】：实验研究了质量流率对旋转爆震波传播速度的影响,结果表明:对于给定几何结构的发动机,存在一个临界质量流率,当质量流率小于该值时,旋转爆震波的速度较低且存在较大随机性;当质量流率大于临界值时,旋转爆震波的速度变化趋势与CJ爆震理论一致。针对低质量流率工况下出现的较大速度亏损现象,提出了两种导致该现象的可能机制,即燃烧室发生声学耦合燃烧和燃烧产物在爆震波到达之前与反应物充分混合,进一步分析对比了这两种机制,分析结果表明,两种假设都能够较好解释低质量流率下爆震波的较大速度亏损现象,但燃烧室发生声学耦合燃烧的假设更符合实验结果。
【图文】：

初始状态,爆震波,流率,质量流率

１７８６逡逑工程热物理学报逡逑３８卷逡逑大工况下，实验所测速度与ＣＪ速度的比值，，图中方逡逑框里的数字为空气质量流率，单位为ｇ／Ｓ。从图３（ａ）逡逑可以看出空气质量流率在７５．４邋ｇ／ｓ以下时，实验所逡逑测爆震的速度远低于相应的ＣＪ爆震速度，与燃烧逡逑产物的声速相近。比较不同质量流率下的实验结果，逡逑发现在质量流率低于７５．４邋ｇ／ｓ时，爆震波速的变化逡逑随着质量流率的增加并不明显，即使对ＣＪ爆震速逡逑度影响最大的当量比因素，实验所测的爆震波速也逡逑对其变化不敏感，呈现出较大的随机性。而对于质逡逑量流率较大的情况，实验所测速度的趋势则与ＣＪ爆逡逑震速度一致，如图３（ｂ）所示。在质量流率达到８４．２９逡逑ｇ／ｓ时，实验所测爆震波速度较大，特别是质量流率逡逑超过１００邋ｇ／ｓ以后，爆震波的波速基本不变，即混合逡逑物的初始压力对爆震波速影响不大，并且实验所测逡逑速度随着当量比的增加而增加，与ＣＪ爆震速度一逡逑致，表明燃烧室内波的性质与真正意义上的爆震波逡逑类似。因此，在质董流率较低时，虽然也能观察到燃逡逑（ａ）低质量流率逡逑（ａ）邋Ｃａｓｅｓ邋ｏｆ邋ｌｏｗ邋ｍａｓｓ邋ｆｌｏｗ邋ｒａｔｅ逡逑（ｂ）高质量流率逡逑（ｂ）邋Ｃａｓｅｓ邋ｏｆ邋ｈｉｇｈ邋ｍａｓｓ邋ｆｌｏｗ邋ｒａｔｅ逡逑图３实验所测速度与ＣＪ速度比值逡逑Ｆｉｇ．邋３邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｍｅａｓｕｒｅｄ邋ｗａｖｅ邋ｓｐｅｅｄｓ邋ｗｉｔｈ邋ＣＪ邋ｓｐｅｅｄｓ逡逑１８５０邋Ｉ逦■逦■■柋逦ｉ逦ｉ逦■逦ｉ逦■逦ｉ逦■逦ｉ逦＿逡逑０．０逦０．５逦１．０逦１．５逦２．０逦２．５逦３．０逡逑Ｐｒｅｓｓｕｒｅ／１０５邋Ｐａ逡逑（ａ）爆震波速度与初始温度、压力变化

混合比例

００邋Ｋ－邋－邋４００邋Ｋ－邋？邋？邋－５００邋Ｋ－邋－６００邋Ｋ逡逑－７００邋Ｋ…８００邋Ｋ邋９００邋Ｋ逡逑－３０．７８．邋３９．７０邋ａ邋４８．６２ｔ邋５７．５３逡逑？邋６６．４５？邋７５．３７逡逑１０００逦＞逦１逦ｉ逦１逦１逦１逦１逦１逡逑０．５逦１．０逦１．５逦２．０逦２．５逡逑Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ邋ｒａｔｉｏ逡逑（ｃ）反应物与产物体积比为３：２逡逑（ｃ）邋Ｖｏｌｕｍｅ邋ｒａｔｉｏ邋ｏｆ邋ｒｅａｃｔａｎｔｓ邋ａｎｄ邋ｐｒｏｄｕｃｔｓ邋３：２逡逑图５不同混合比例下，ＣＪ速度与实验所测速度对比逡逑Ｆｉｇ．邋５邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ＣＪ邋ｓｐｅｅｄｓ邋ａｎｄ邋ｍｅａｓｕｒｅｄ邋ｗａｖｅ邋ｓｐｅｅｄｓ逡逑ａｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｍｉｘｉｎｇ邋ｒａｔｉｏｓ逡逑的。但爆震波自持传播需要满足一定的几何条件，即逡逑几何结构尺寸需与反应物的胞格宽度满足一定的比逡逑值关系，在具有侧向膨胀、边界层以及扩张面的情逡逑况下，该比值要求更严格。一般情况下，爆震波的胞逡逑格尺寸通常为诱导区的几十倍，利用Ｎｇ［１３］提出的逡逑半经验胞格尺寸计算公式，可计算出相应工况下反逡逑应物的胞格宽度。图６为初压为１０００００邋Ｐａ、初温分逡逑别为３００邋Ｋ、５００邋Ｋ、７００邋Ｋ、９００邋Ｋ情况下，燃烧产逡逑物与反应物以２：３比例混合后的胞格尺寸计算值。逡逑２０００逡逑１８００逡逑ｇ邋１６００逡逑§逦１４００逡逑＞逡逑１２００逡逑１０００0３逡逑——３００邋Ｋ－－逡逑－４００邋Ｋ－…逡逑？５００邋Ｋ－邋－？邋６００邋Ｋ逡逑——７００邋Ｋ－…逡逑－８００邋Ｋ－－－逡逑９００邋Ｋ逡逑■邋３０．７

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