喷注方案对碳氢燃料超声速燃烧性能影响研究

论文摘要

本文开展了100多次Ma4来流条件下的超燃试验研究,并与数值仿真方法相结合,以发动机推力增益和燃烧室的无量纲壁面压力为主要评价指标,研究了纯壁面垂直喷注、喷油杆、三角翼三种喷注方案对碳氢燃料超声速燃烧性能的影响。在纯壁面垂直喷注时,分别对常温煤油、加热煤油、混合气、乙烯的点火燃烧特性进行了研究。研究结果表明:Ma4来流条件下,来流总温对常温煤油的点火燃烧性能有显著影响,而其对加热煤油的点火燃烧性能影响较小;但裂解温度、喷注位置、燃烧室构型、当量比对加热煤油超声速燃烧性能的影响较大;提高喷注压降进行集中喷注可有效提高乙烯、混合气的超声速燃烧性能;喷注位置对乙烯超声速燃烧性能的影响随着当量比的变化而不同,当量比较大时,靠近下游喷注效果较好,当量比较小时,靠近上游喷注效果较好;随着当量比的提高,常温煤油、加热煤油、混合气、乙烯的超声速燃烧性能均有所提高;加热煤油、混合气、乙烯相比,乙烯的超声速燃烧性能最好,混合气次之,加热煤油最差。以常温煤油、乙烯为燃料,研究了喷油杆对其超声速燃烧性能的影响。研究结果表明:相较于纯壁面垂直喷注,喷油杆可有效改善常温煤油的超声速混合燃烧性能,提高发动机的推力增益,但对乙烯的作用不大。以常温煤油、乙烯为燃料,研究了三角翼对其超声速燃烧性能的影响。研究结果表明:相较于纯壁面垂直喷注,三角翼可有效改善常温煤油的超声速混合燃烧性能,提高发动机的推力增益,对于乙烯有一定促进作用,但不是很显著。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 超燃冲压发动机发展历程
• 1.3 超燃关键技术研究
• 1.3.1 吸热型碳氢燃料
• 1.3.2 燃料喷注方案
• 1.3.3 燃料与超声速来流的混合及增强
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 试验系统与数值仿真方法介绍
• 2.1 试验系统介绍
• 2.1.1 直连式试验台架
• 2.1.2 管路供应系统
• 2.1.3 空气加热器
• 2.1.4 直连式发动机燃烧室模型
• 2.1.5 煤油加热器系统
• 2.1.6 测量与观测系统
• 2.2 数值仿真方法介绍
• 2.2.1 流动与燃烧控制方程
• 2.2.2 物理模型
• 2.2.3 计算方法
• 2.2.4 验证算例
• 2.3 小结
• 第三章 壁面喷注碳氢燃料超声速燃烧性能研究
• 3.1 煤油超声速燃烧性能研究
• 3.1.1 常温煤油Ma4来流点火及燃烧特性研究
• 3.1.2 加热煤油超声速燃烧特性研究
• 3.2 替代燃料超声速燃烧性能研究
• 3.2.1 当量比对混合气燃烧性能的影响
• 3.2.2 乙烯超声速燃烧特性研究
• 3.2.3 乙烯与加热煤油超声速燃烧性能对比
• 3.2.4 乙烯与混合气超声速燃烧性能对比
• 3.3 小结
• 第四章 喷油杆对碳氢燃料超声速燃烧性能的影响
• 4.1 喷油杆对常温煤油超声速燃烧性能的影响
• 4.1.1 等直壁面喷油杆对煤油超声速燃烧性能的影响
• 4.1.2 扩张壁面喷油杆对煤油超声速燃烧性能的影响
• 4.1.3 上下壁面均安装喷油杆对煤油超声速燃烧性能的影响
• 4.2 喷油杆对乙烯超声速燃烧性能的影响
• 4.2.1 喷油杆位置对乙烯超声速燃烧性能的影响
• 4.2.2 单边喷注时喷油杆对乙烯超声速燃烧性能的影响
• 4.2.3 喷油杆喷注与壁面喷注组合方式对乙烯超声速燃烧性能的影响
• 4.2.4 喷油杆上下游壁面喷注对乙烯超声速燃烧性能的影响
• 4.3 小结
• 第五章 三角翼对碳氢燃料超声速燃烧性能的影响
• 5.1 三角翼对常温煤油超声速燃烧性能的影响
• 5.1.1 等直壁面三角翼对煤油超声速燃烧性能的影响
• 5.1.2 扩张壁面三角翼对煤油超声速燃烧性能的影响
• 5.1.3 上下壁面均安装三角翼对煤油超声速燃烧性能的影响
• 5.2 三角翼对乙烯超声速燃烧性能的影响
• 5.2.1 等直壁面三角翼及其高度对乙烯燃烧性能的影响
• 5.2.2 扩张壁面三角翼及其高度对乙烯燃烧性能的影响
• 5.3 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果