高溫、低阻、高效加力燃燒室火焰穩(wěn)定器機(jī)理研究.pdf

1、開縫鈍體能否成功地用于加力燃燒室穩(wěn)定器，兩個(gè)重要指標(biāo)分別是阻力特性和火焰穩(wěn)定性，即要求總壓損失盡可能小的同時(shí)，維持在高溫高速條件下的火焰穩(wěn)定。開縫鈍體的火焰穩(wěn)定性能和阻力特性與尾跡中具有大渦尺度的擬序結(jié)構(gòu)密切相關(guān),目前對(duì)這方面的認(rèn)識(shí)還較欠缺。因此，本文的重點(diǎn)是采取數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究來(lái)解析鈍體尾跡的擬序結(jié)構(gòu)和旋渦脫落動(dòng)力學(xué)機(jī)制，并對(duì)其火焰穩(wěn)定機(jī)理進(jìn)行了分析。這些研究旨在提供優(yōu)化開縫鈍體的基礎(chǔ)理論或基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為高速情況下的實(shí)驗(yàn)研究打下基礎(chǔ)。

2、 在雷諾數(shù)Re為470000條件下利用RNG k–ε模型對(duì)開縫三角形鈍體和不同V形鈍體火焰穩(wěn)定器的尾跡進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬結(jié)果與已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。將大渦模擬與RNG k–ε模型計(jì)算結(jié)果比較，也證實(shí)RNG k–ε模型適合于模擬通道內(nèi)的開縫鈍體尾流。從模擬結(jié)果得出，開縫V形鈍體在縫寬率為36﹪時(shí)，其火焰穩(wěn)定能力和阻力特性綜合性能達(dá)到最佳。分析了尾跡的擬序結(jié)構(gòu)并將其描述為：偏向一側(cè)的中縫流將近尾分成主回流區(qū)和次回流區(qū)，主回流區(qū)的旋渦脫

3、落激發(fā)擾動(dòng)引起近尾的絕對(duì)不穩(wěn)定。首次提出單渦突然置于兩剪切層間的旋渦脫落動(dòng)力學(xué)機(jī)理。 采用常規(guī)單點(diǎn)測(cè)量方法在開式風(fēng)洞中對(duì)不同開縫V形鈍體進(jìn)行冷態(tài)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量總壓損失系數(shù)和反流區(qū)大小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果。利用激光粒子測(cè)速在閉式風(fēng)洞中對(duì)不同縫寬率的開縫鈍體和相同縫寬率情況下不同形式的開縫鈍體近尾結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)量。研究不同的開縫鈍體近尾湍流剪切流的統(tǒng)計(jì)特性和結(jié)構(gòu)形態(tài)，及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制，如渦量的聚集、輸運(yùn)和演化等。首次提出旋渦脫落特征

4、尺度來(lái)定量分析非穩(wěn)態(tài)尾流，是一次意義重大的鈍體繞流理論和實(shí)驗(yàn)分析方法上的創(chuàng)新。同時(shí)結(jié)合全程平均分析法，對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理來(lái)定量比較不同鈍體的尾跡結(jié)構(gòu)，對(duì)開縫鈍體的火焰穩(wěn)定特性和阻力特性進(jìn)行預(yù)測(cè)。 結(jié)合開縫鈍體冷態(tài)流場(chǎng)分析，采用非定常方法對(duì)其火焰穩(wěn)定機(jī)理進(jìn)行了分析。研究首次發(fā)現(xiàn)，中縫流的存在使近尾中的湍能分布集中度下降，卻增大了旋渦脫落特征尺度，延長(zhǎng)中縫流和上下剪切層中混氣在近尾的停留時(shí)間，在中縫流中形成有利于火焰穩(wěn)定的條件