燃料在超燃沖壓發(fā)動機燃燒室中的注入與混合過程時間非常短,因此實現(xiàn)燃料/空氣的快速高效混合成為超燃沖壓發(fā)動機發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。燃料壁面入射是通過橫向注入燃料與空氣相互作用,以此提高燃料/空氣的混合效率,逐漸成為超燃沖壓發(fā)動機內(nèi)超聲速燃燒的研究熱點之一。本文基于OpenFoam計算流體力學平臺的rhoCentralFoam求解器,運用雷諾平均方法（RANS）研究了被動與主動兩種強化混合方式對超聲速橫向射流流場混合效率和總壓損失的影響,具體工作如下:（1）開展了超聲速橫向?qū)_氫氣射流無化學反應(yīng)流場混合的模擬研究,比較不同射流動量通量比以及射流角度對流場結(jié)構(gòu)的影響。模擬結(jié)果表明:與單側(cè)孔氫氣射流相比,對沖氫氣射流流場激波結(jié)構(gòu)與大尺度渦結(jié)構(gòu)增強,反射激波導(dǎo)致射流羽流發(fā)生彎折并強化燃料射流與主流空氣。射流動量通量比較高的工況,射流慣性比較大,射流的穿透高度更大,但混合效率降低。射流入射角度影響流場反向旋轉(zhuǎn)渦對（Counter-rotating Vortex Pairs,CVP）結(jié)構(gòu)位置,當射流入射角為90°時,大尺度CVP結(jié)構(gòu)強度達到最大,有利于促進燃料/空氣的相互混合;（2）無質(zhì)量壓力脈沖激勵... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１沖壓發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖（Ｆｕｒｅｂｙ?２０１２）??

Ｈ２?ｉｎｊｅｃｔｏｒｓ?Ｃｏｍｂｕｓｆｏｒ（ＤＣ）??Ｌ＾Ｏ．６００?ｍ??（ａ）日本ＮＡＬ燃燒室：支架射流（Ｂｅｒｇｌｕｎｄ?Ｍ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１０）??１?Ｐｔｐｐ?．??？?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｈｅａｔ?ｆｌｕｘ??Ｉ?？？？？？？？？？？參？?？??！?????？?Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｄｒｅｓｓｕｒｅ??ｂｌｅｅｄ?Ｔ?Ｈ２?ｐｏｒｔｈｏｌｅ?ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ??（ｂ）美國Ｈｙｓｈｏｔｌｌ燃料進入系統(tǒng)：壁面射流（Ｆｕｒｅｂｙ?Ｃ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１１）??圖１．２燃料的兩種進入方式示意圖??超聲速燃燒沖壓發(fā)動機燃燒室內(nèi)的流動、摻混和燃燒的機理研究有賴于實驗??測量技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展。近年來非接觸測量技術(shù)得到了較大發(fā)展，如粒??子圖像測速技術(shù)（ＰＩＶ?）?（?Ｂｅｒｅｓｈ，２００５?）、平面激光誘導(dǎo)焚光技術(shù)（ＰＬＩＦ?）?（ＭｃＭｉｌｌｉｎ，??１９９４）、紋影技術(shù)（Ｓａｎｔｉａｇｏ?Ｊ?Ｇｅｔ?ａｌ．，１９９７）等，使得超聲速燃燒室內(nèi)的流嘗??組分和溫度、激波／混合層相互作用的測量結(jié)果更加準確。此外，隨著計算流體力??２??

為主，對固體燃料的研宄很少。呂仲等人設(shè)計并驗證了不同進氣方式??的發(fā)動機，實驗結(jié)果證明了固體燃料沖壓發(fā)動機的可行性。李軒通過在發(fā)動機燃??燒室中放置了增加擾流的結(jié)構(gòu)裝置提高了燃料的效率。??１．２．２超聲速橫向射流流場結(jié)構(gòu)??高超聲速飛行器中的超聲速橫向射流廣泛存在于火箭推力矢量控制和超燃??沖壓發(fā)動機等工程應(yīng)用中，是航空航天工程領(lǐng)域的一個具有挑戰(zhàn)性的流體動力學??問題。Ｂｅｎ－Ｙａｋａｒ等（Ｂｅｎ－ＹａｋａｒＡｅｔａｌ．，２００１）對超聲速橫側(cè)射流流場結(jié)構(gòu)進行??了深入分析研宄，圖１．４給出了超聲速橫側(cè)射流與主流相互作用產(chǎn)生的大尺度流??場結(jié)構(gòu)。初始燃料射流速度為聲速，屬于欠膨脹射流，進入流場后發(fā)生普朗克－邁??耶膨脹，同時在超聲速來流空氣的作用下并沿主流偏轉(zhuǎn)。同時射流從燃料孔注入??流場，在射流邊界處擴展到大氣壓，射流邊界上的恒定壓力使其向射流中軸線彎??曲，從而產(chǎn)生桶形激波與馬赫盤。由于速度的差異，射流對超聲速主流起到了阻??礙作用，并在入射孔前產(chǎn)生了弓形激波。入射孔上游湍流邊界層在弓形激波的作??用下開始分離，產(chǎn)生Ｉ激波，并形成一個小的分離區(qū)。分離區(qū)向下游發(fā)展成為馬??蹄渦。在射流下游位置還存在反向旋轉(zhuǎn)渦對（ＣＶＰ）結(jié)構(gòu)以及壁面附近的旋轉(zhuǎn)渦??對（ｔｒａｉｌｉｎｇ?ｃｏｕｎｔｅｒ－ｒｏｔａｔｉｎｇ?ｖｏｒｔｅｘ?ｐａｉｒｓ，ＴＣＶＰ）結(jié)構(gòu)，這些非常復(fù)雜的激波和潤??旋結(jié)構(gòu)有助于促進射流與空氣的混合。??ＬａＲ￡￡－ＳｃａＬ￡??ＳｔｒｗｔｏｉｅｓＭａｃｈ?Ｄｊｓｋ?ａ??ｍ＞，?／Ａ＂?…??Ｂｏ？?Ｓｈｏｃｋ?Ｘ；?Ｔ?Ｃｏｕｍｉ＾－Ｒｏｔａｔｉｍ；??畚?＼?＼?＼?Ｖ?ｏｒｔｉ：ｘ?Ｐａｉｒ?（

【參考文獻】：
期刊論文
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[4]Numerical research on mixing characteristics of different injection schemes for supersonic transverse jet[J]. LEE ChunHian.  Science China（Technological Sciences）. 2011(04)
[5]中國超燃沖壓發(fā)動機研究回顧[J]. 劉興洲.  推進技術(shù). 2008(04)
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博士論文
[1]超聲速橫向射流混合與燃燒的大渦模擬研究[D]. 趙馬杰.中國科學技術(shù)大學 2018
[2]超聲速燃燒中可壓縮湍流燃燒模型研究[D]. 曹長敏.中國科學技術(shù)大學 2015
[3]超燃沖壓發(fā)動機多凹腔燃燒室燃燒與流動過程研究[D]. 潘余.國防科學技術(shù)大學 2007
[4]超燃沖壓發(fā)動機燃燒室工作過程理論和試驗研究[D]. 余勇.國防科學技術(shù)大學 2004

碩士論文
[1]固體火箭超燃沖壓發(fā)動機工作特性研究[D]. 呂仲.國防科學技術(shù)大學 2012



本文編號：3065496