氫-氧發(fā)動(dòng)機(jī)變工況燃燒特性及其燃燒穩(wěn)定性研究.pdf

1、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)通過調(diào)節(jié)供應(yīng)管路上的推進(jìn)劑實(shí)現(xiàn)變工況工作，變工況會(huì)改變推進(jìn)劑的速度比、混合比，進(jìn)而引起燃燒室內(nèi)的燃燒流場(chǎng)、燃燒效率、壁面熱流分布等發(fā)生變化；與此同時(shí)變工況引進(jìn)了額外的激勵(lì)，可能會(huì)激發(fā)燃燒不穩(wěn)定。本文以氫/氧發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，采用數(shù)值仿真的方法配合試驗(yàn)結(jié)果研究發(fā)動(dòng)機(jī)變工況燃燒特性及其燃燒穩(wěn)定性。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、艦楂@得可靠的、有效的數(shù)值仿真模型，對(duì)不同湍流模型、不同湍流與化學(xué)反應(yīng)作用模型、不同燃燒機(jī)理對(duì)應(yīng)的燃燒流

2、場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并對(duì)得到的燃燒流場(chǎng)結(jié)果進(jìn)行了比較分析，與運(yùn)用壁面熱流測(cè)試法獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁面熱流分布進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)果表明：標(biāo)準(zhǔn)k??模型得到的燃燒火焰比k???sst模型得到的燃燒火焰更靠前，k???sst模型得到的壁面熱流與試驗(yàn)結(jié)果吻合得更好；在局部燃燒火焰峰面上層流有限速率模型得到的燃燒流場(chǎng)溫度比渦耗散模型得到的燃燒流場(chǎng)溫度高。
　?、评毛@得的可靠的、有效的計(jì)算模型研究了發(fā)動(dòng)機(jī)變工況下的燃燒特性，包括研究速度比、混

3、合比對(duì)燃燒流場(chǎng)、燃燒室壁面熱流的影響，速度比對(duì)燃燒效率的影響。結(jié)果表明：增加燃料與氧化劑的速度比會(huì)使燃燒火焰靠前，燃燒室前端的低溫區(qū)變短，燃料濃度變低；最大壁面熱流位置對(duì)燃料與氧化劑的速度比和混合比都不敏感；燃料與氧化劑速度比的變化與混合比的變化都不會(huì)引起燃燒室壁面熱流形狀的改變；燃燒室同一截面上，燃燒效率隨燃料與氧化劑的速度比的增大而增大。
　?、腔趯?duì)變工況下發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性的認(rèn)識(shí)，研究了變工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒穩(wěn)定性問題。結(jié)果表明

4、：對(duì)氣/氣燃燒來講，大尺度渦結(jié)構(gòu)的形成、合并、碰撞是燃燒室內(nèi)熱釋放脈動(dòng)的主要原因；燃料與氧化劑的速度比越大，各階主頻對(duì)應(yīng)的振蕩分得的燃燒振蕩能量越少，燃料與氧化劑的速度比越小，燃燒振蕩的能量向各階主頻對(duì)應(yīng)的振蕩分配得越多，各階主頻對(duì)應(yīng)的振蕩越明顯，從整體上來看，燃料與氧化劑之間的速度比越大越有利于削弱燃燒振蕩；如果外加激勵(lì)頻率不是燃燒室聲學(xué)振蕩頻率，燃燒室壓力振蕩的頻譜特性對(duì)工況變化的響應(yīng)將只是瞬時(shí)存在的，壓力平穩(wěn)后，振蕩特性仍只是燃燒