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空气节流对超燃烧室燃烧性能影响研究

作　者: 田野
导　师: 乐嘉陵
学　校: 中国空气动力研究与发展中心
专　业: 流体力学
关键词: 超燃燃烧室空气节流流场结构燃料混合起动点火火焰稳定
分类号: TK401
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

高速气流在超燃燃烧室内驻留时间较短，实现超燃燃烧室的燃料混合、起动点火、稳定燃烧是发动机设计的关键。空气节流通过在流场中产生激波串，提高气流的静温、静压，减小主流气体马赫数，有效地促进了燃料混合，实现了超燃冲压发动机的起动点火和稳定燃烧。本文采用三维非定常数值模拟和地面脉冲风洞试验相结合的手段研究了空气节流对超燃燃烧室的流场结构、燃料混合、起动点火和稳定燃烧的影响。本文主要分为五部分，第一部分介绍了国内外研究情况和研究意义；第二部分介绍了本文的研究方法，包括非定常数值模拟的控制方程及其求解方法，试验设备和测量手段；第三部分介绍了空气节流对超燃燃烧室流场结构和燃料混合的影响，针对模拟飞行马赫数4的来流条件，研究了有无空气节流存在情况下的流场结构和燃料混合情况，研究表明空气节流存在的超燃燃烧室内出现了激波串结构，气流的静压、静温升高，主流马赫数减小，旋涡向主流道内扩散，燃料混合良好；第四部分介绍了空气节流对超燃燃烧室起动点火和火焰稳定的影响，通过对点火过程0~1.0ms内燃烧生成物CO2质量分数分布的考察，获得了有无空气节流存在情况下两者都实现了起动点火，但有空气节流存在的情况下，燃烧更加剧烈，燃烧向主流道内扩展，没有节流存在的情况下，燃烧仅仅存在于剪切层和边界层内的结论。进一步考察点火关闭后的时刻（t>1.0ms），得出了没有空气节流的超燃燃烧室燃料很快熄灭，不能稳定燃烧，而有空气节流存在的超燃燃烧室内可以实现稳定的燃烧，壁面计算压力数据与试验测量匹配良好；第五部分介绍了节流参数对节流效果的影响，主要考察了节流位置、节流流量和节流各个过程时间等节流参数对燃烧性能的影响，结果表明，部分节流参数对节流效果影响较大，合理选择各个参数至关重要。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章绪论  9-17
  1.1 研究意义  10-12
  1.2 国内外研究情况  12-16
  1.3 本文主要工作  16-17
第二章数值模拟方法与实验研究手段  17-29
  2.1 数值模拟方法  17-24
    2.1.1 控制方程  17-19
    2.1.2 物性参数计算  19-21
    2.1.3 化学反应源项和控制方程无量纲化  21-22
    2.1.4 湍流控制方程及方程求解方法  22-24
  2.2 实验研究手段  24-29
    2.2.1 脉冲燃烧风洞  24-26
    2.2.2 实验模型  26-27
    2.2.3 数据采集系统  27-29
第三章空气节流对流场结构和燃料混合的影响  29-47
  3.1 空气节流对流场结构影响  29-40
  3.2 空气节流对燃料混合影响  40-47
    3.2.1 混合效率  41-42
    3.2.2 节流流量对混合效率的影响  42-45
    3.2.3 节流位置对混合效率的影响  45-47
第四章空气节流对发动机起动点火和稳定燃烧影响  47-66
  4.1 空气节流对发动机起动点火的影响  47-57
    4.1.1 燃料喷入时刻流场结构  48-52
    4.1.2 起动点火过程  52-57
  4.2 空气节流对发动机稳定燃烧的影响  57-66
第五章节流参数对节流效果的影响研究  66-85
  5.1 二维数值模拟  66-69
  5.2 节流参数对节流效果的影响  69-85
    5.2.1 节流位置对节流效果的影响  70-73
    5.2.2 节流流量对节流效果的影响  73-76
    5.2.3 节流撤去时间对节流效果的影响  76-79
    5.2.4 氢气撤去时间对节流效果的影响  79-81
    5.2.5 燃料注入时刻对节流效果的影响  81-85
第六章结论与展望  85-87
  6.1 结论  85-86
  6.2 创新点  86
  6.3 展望  86-87
致谢  87-88
个人简介及攻读硕士学位期间发表的论文  88-89
参考文献  89-92

空气节流对超燃烧室燃烧性能影响研究

内容摘要

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