基于等离子体射流作用下扩散火焰传播及稳定特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cj258399542
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由于超燃冲压发动机在高马赫数下的优良性能,成为高超声速飞行器推进系统的首选。超燃冲压发动机让气流以超声速进入燃烧室,并在超声速环境下组织燃烧,燃烧室气流流速快,燃料驻留时间短(只有毫秒量级),使得扩散火焰传播及稳定燃烧成为超声速燃烧的关键问题。目前,光壁面中心点火技术、中心/支板组合供油技术及等离子体点火技术均被证实能够强化点火或增强燃烧稳定性。因而本文基于上述超燃冲压发动机燃烧室运用地面试验及数值模拟两种方式开展了以下几个方面的研究工作:  利用地面试验及数值模拟仿真技术研究了等离子体强化超声速点火的火焰传播特性。基于动态学视角对超声速等离子体点火火焰的传播及稳定过程提出了一组反馈放大机制,确定了为成功构建起该反馈机制所必需的条件。通过对冷流场的仿真计算,确定了燃烧前流场为成功点火及稳定燃烧所提供的有利条件。通过改变供油量探讨了影响超声速等离子体点火扩散火焰传播及稳定性的主要因素。结果显示,燃油量有下限,燃油量过小时中心火核强度过低无法实现稳定燃烧。  利用地面试验及数值模拟仿真技术研究了燃烧室长度对等离子体强化超声速点火的火焰稳定的影响。通过对不同长度的燃烧室进行地面点火及稳定燃烧试验并进行相关数值模拟计算,探讨了燃烧室长度对超声速燃烧稳定性的影响特性。结果显示,超声速燃烧室长度有下限,燃烧室长度过短时,燃烧室内无压升无法实现稳定燃烧。增加燃烧室长度有助于增加超声速燃烧的稳定性,但超过一定界限,超声速燃烧稳定性下降。除此之外,增加燃烧室长度拓宽了稳燃边界。  利用地面试验及数值模拟仿真技术研究了燃油分配比对等离子体强化超声速点火火焰稳定的影响。通过改变燃烧当量比,对比分析不同当量比条件下流场状态,确定了当量比影响燃烧性能的机理。通过对比不同燃油分配条件下燃烧室燃烧性能,研究了中心及支板供油对增强燃烧的增益效果。确定了增加中心喷油量及支板喷油量对增强燃烧都有一定的增益。两者进行对比,支板燃油对增强燃烧的影响更强。
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