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考虑激波串的超声速流动燃烧模型

作　者: 杨永阳
导　师: 王成鹏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 高超声速 吸气式高超声速飞行器 超声速燃烧 一维流动模型 预燃激波
分类号: V231.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


目前,以吸气式发动机为动力的高超声速飞行器的相关研究成为航空航天领域的热点之一,吸气式高超声速飞行器内流场具有复杂的流动结构,其间包含着激波、膨胀波、分离流、燃料射流、气体的混合和燃烧等气动热力学现象。针对这种复杂的流动现象,近年来发展了以数值模拟为基础的计算方法;其中一维数值计算方法由于具有快速分析流场的能力被广泛地应用。本文在考虑面积变化、壁面摩擦、燃料喷射、油气混合、壁面传热以及有限速率化学反应的一维模型的基础上,发展了一种考虑预燃激波串的超声速流动燃烧模型。全文工作主要包括以下几个方面:首先,对气体的气动热力特性做了较为深入地学习研究,分别研究了量热完全气体/热完全气体以及化学反应完全气体混合物在相同来流条件下表现的各自流动特性,并研究了不同当量比氢气喷流对主流的影响。此外还模拟了氢气与主流的混合燃烧,并观察到压力前传的现象。其次,针对已有的一维计算模型无法准确预测点火点之前的壁面压力分布,本文在一维模型中引入了Billig等人提出的预燃激波串模型,并在预燃激波串与点火点之间的区域引用了William H. Heiser和David T. Pratt提出的等压燃烧模型,建立了耦合以上两个模型并结合有限速率化学反应的准一维燃烧模型,得到了改进的超声速流动燃烧模型。最后,运用本文建立的模型对公开发表的几个超燃试验进行了验证。验证结果表明:对于不同工况,本文发展的一维模型计算结果可以较好地解释试验数据所反映的物理现象,验证了模型的准确性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章 绪论  12-21
  1.1 研究背景  12-16
  1.2 国内外研究现状  16-20
  1.3 本文的研究目标和主要内容  20-21
第二章 气体的物理属性  21-37
  2.1 气体的分类  21-23
  2.2 不同属性气体流动特性的研究  23-30
    2.2.1 燃烧室几何模型及计算网格的生成  23-24
    2.2.2 计算方法和边界条件的设置  24
    2.2.3 计算结果的比较与分析  24-30
      2.2.3.1 量热/热完全气体  24-27
      2.2.3.2 热完全气体与多组分完全气体混合物  27-30
  2.3 化学反应完全气体混合物与氢燃料喷流干扰的研究  30-36
    2.3.1 多组分化学反应完全气体混合物与氢燃料喷流不发生化学反应  30-34
    2.3.2 多组分化学反应完全气体混合物与氢燃料喷流发生化学反应  34-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章 耦合有限速率化学反应的准一维流动燃烧模型  37-44
  3.1 一维流动控制方程  37-42
    3.1.1 连续方程  37
    3.1.2 动量方程  37-38
    3.1.3 能量方程  38-40
    3.1.4 状态方程  40
    3.1.5 组分守恒方程  40-41
    3.1.6 方程组的求解  41-42
  3.2 算例与分析  42-43
  3.3 本章小结  43-44
第四章 预燃激波结构的研究  44-48
  4.1 预燃激波串的相关知识  44-45
    4.1.1 预燃激波串的概念及形成机理  44
    4.1.2 超声速流动燃烧物理模型  44-45
  4.2 预燃激波串的数学模型  45-47
    4.2.1 修正之前的数学模型  46
    4.2.2 修正之后的数学模型  46-47
  4.3 本章小结  47-48
第五章带预燃激波结构的一维流动燃烧模型算例验证  48-56
  5.1 直联式燃烧室氢燃料超燃算例1  48-49
    5.1.1 模型几何参数  48
    5.1.2 边界条件  48
    5.1.3 模型计算结果  48-49
  5.2 直联式燃烧室氢燃料超燃算例2  49-50
    5.2.1 模型几何参数  49
    5.2.2 边界条件  49-50
    5.2.3 模型计算结果  50
  5.3 直联式燃烧室氢燃料超燃算例3  50-52
    5.3.1 燃烧室几何模型  50-51
    5.3.2 边界条件  51
    5.3.3 模型计算结果  51-52
  5.4 直联式燃烧室氢燃料超燃算例4  52-55
    5.4.1 燃烧室几何模型  53-54
    5.4.2 模型计算结果  54-55
  5.5 本章小结  55-56
第六章结束语  56-59
  6.1 本文的主要结论  56-57
  6.2 展望  57-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
在学期间的研究成果及发表的学术论文  63

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空发动机（推进系统） > 发动机原理 > 燃烧理论
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