超声速燃烧室燃料喷流混合过程实验研究

论文摘要

本文以基于纳米粒子的平面激光流动成像系统(NPLI)为主要研究手段,辅以纹影技术等常规观察手段,对以凹腔为火焰稳定器的超声速燃烧室的燃料喷流结构,流场的速度分布进行了研究。主要研究了凹腔上游横向燃料喷注的空间结构及其演化特征、有无喷流两种情况下燃烧室速度场的分布、凹腔后壁燃料喷注的结构等方面内容。实验发现凹腔上游喷流按涡结构的发展可分为三阶段。其中第二阶段对于混合效果有至关重要的作用。在这一阶段大尺度结构形成并不断发展,使得燃料与主流发生掺混。在喷流的演化过程中,开始形成的大涡结构形态变化快而移动速度较慢,而充分发展的大涡形态变化慢但移动速度比较快。对含有凹腔的燃烧室速度场进行了测量,包括有喷流和无喷流两种情况。喷流的存在使得喷流前附面层分离,产生了两个高涡量层,上层为喷流与主流的剪切所形成,下层为凹腔剪切层。壁面附面层对于凹腔剪切层的形成与发展有重大影响。凹腔后壁逆向喷注方式有广阔的火焰稳定范围。在对其喷流结构的研究中,发现其喷流发展可分为三个阶段。与其他喷注方式不同的是,在这种喷注方式下燃料会同时向凹腔内部和主流输运。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 燃料喷注混合技术的研究现状
• 1.3 凹腔火焰稳定器的研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 超燃冲压发动机直联式实验系统
• 2.1 空气加热器
• 2.2 超声速燃烧室
• 2.3 气体供应系统
• 2.4 测控系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于纳米粒子的平面激光流动成像系统及PIV技术
• 3.1 NPLI技术概述
• 3.2 NPLI系统的组成及工作原理
• 3.3 纳米粒子动力学与光散射性能分析
• 3.3.1 示踪物的选择
• 3.3.2 纳米粒子的动力学性能
• 3.3.3 纳米粒子的光散射性能
• 3.4 PIV技术
• 3.4.1 基本原理
• 3.4.2 互相关理论
• 3.4.3 亚像素拟合
• 3.4.4 错误向量修正
• 3.4.5 图像偏置
• 3.4.6 迭代算法
• 3.4.7 变形窗口算法
• 3.5 本章小结
• 第四章 凹腔上游横向燃料喷流时空结构研究
• 4.1 粒子加注方法
• 4.2 燃料喷流的空间结构
• 4.2.1 喷流空间结构概述
• 4.2.2 燃料喷注参数对喷流结构的影响
• 4.2.3 凹腔结构对喷流空间结构的影响
• 4.3 燃料喷流的时间演化特性
• 4.4 本章小结
• 第五章 燃烧室速度场的实验研究
• 5.1 粒子加注方法
• 5.2 超声速燃烧室速度分布
• 5.2.1 无燃料喷流的速度场分布
• 5.2.2 凹腔上游横向燃料注的速度场
• 5.3 喷注位置对速度场分布的影响
• 5.4 凹腔长深比对速度场分布的影响
• 5.4.1 凹腔长深比对无喷流速度场的影响
• 5.4.2 凹腔长深比对上游横向喷流速度场的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 凹腔后壁逆向喷注燃料的流场结构研究
• 6.1 凹腔腔后壁燃料喷注的基本流场结构
• 6.2 燃料喷流的空间分布
• 6.2.1 燃料喷流的空间结构
• 6.2.2 喷注参数对燃料喷流的空间结构的影响
• 6.2.3 凹腔结构对燃料喷流的空间结构的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文