超声速斜坡喷注器混合增强及火焰稳定特性研究

论文摘要

本文利用基于纳米粒子的平面激光散射技术(NPLI)等多种先进流场显示技术结合数值模拟手段,对超声速斜坡喷注器的混合增强特性与火焰稳定特性进行了深入研究。在冷流条件下,对不同结构参数的斜坡混合特性进行研究,分析了影响斜坡混合效果的主要因素。结果表明:斜坡尾部流向涡对的掺混作用是斜坡混合增强的主要机理;膨胀型斜坡的混合效果好于压缩型斜坡;斜坡的后掠结构能有效增大流向涡的强度,增强混合效果;流场中的反射激波与喷流相互作用,蕴藏两种增强混合机理。在燃烧状态下,对斜坡喷注器的着火过程、燃烧流动特性、火焰稳定特性进行研究。结果表明:膨胀斜坡容易发生自燃,并存在两种自燃方式和着火机理;在斜坡着火过程中,燃烧室的流场结构发生巨大改变,燃烧流场与冷流流场结构存在显著差异;斜坡底部的回流区具有较好的火焰稳定效果。在冷流条件下,对气动斜坡的流场特征和混合特性进行研究。结果表明:气动斜坡通过对来流的阻碍抬升在喷孔后方产生流向涡对,增强混合;在喷注压降改变时,其混合效果的主导机制也发生改变;通过对喷流剪切层的分维测量,证明了气动斜坡混合效果在远场优于物理斜坡。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 超燃冲压发动机技术研究发展综述
• 1.1.1 研究背景及意义
• 1.1.2 超燃冲压发动机研究发展简史
• 1.2 超声速燃烧混合增强技术概况及斜坡喷注器研究进展
• 1.2.1 超声速燃烧混合增强技术概况
• 1.2.2 斜坡喷注器研究进展
• 1.2.3 深入研究的内在需要
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第二章 试验系统与数值模拟方法
• 2.1 试验系统
• 2.1.1 空气加热器
• 2.1.2 超燃试验段
• 2.1.3 斜坡喷注器试验件
• 2.1.4 气体供应系统
• 2.1.5 测控系统
• 2.2 数值模拟方法
• 2.2.1 控制方程
• 2.2.2 物理模型
• 2.2.3 计算方法
• 2.2.4 算例验证
• 2.3 小结
• 第三章 流场显示技术
• 3.1 表面油流技术
• 3.1.1 油流法基本原理
• 3.1.2 试验所用油剂和示踪粒子
• 3.2 高速纹影和高速摄影
• 3.2.1 高速摄影设备
• 3.2.2 高速纹影系统
• 3.3 基于纳米粒子的平面激光成像技术
• 3.3.1 NPLI 系统组成及基本原理
• 3.3.2 NPLI 图像校正
• 3.4 小结
• 第四章 超声速斜坡喷注器混合增强特性研究
• 4.1 试验方案设计
• 4.2 超声速斜坡通流流场研究
• 4.2.1 斜坡通流流场的基本结构
• 4.2.2 流向涡的形成
• 4.3 斜坡型面构型对混合增强的影响
• 4.4 斜坡后掠结构对混合增强的影响
• 4.5 反射斜激波对混合增强的影响
• 4.5.1 激波增强混合
• 4.5.2 斜激波与流向涡的相互作用
• 4.6 小结
• 第五章 斜坡喷注器燃烧流场研究
• 5.1 试验方案设计
• 5.2 斜坡自燃过程与燃烧流场研究
• 5.3 斜坡稳焰特性初步研究
• 5.4 小结
• 第六章 气动斜坡喷注器流场结构及混合特性研究
• 6.1 气动斜坡流场结构研究
• 6.2 气动斜坡混合增强特性研究
• 6.3 超声速湍流喷流剪切层分形初步研究
• 6.3.1 分形原理及度量方法
• 6.3.2 喷流界面分形沿流向的变化特征
• 6.4 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果