【摘 要】
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脉冲爆轰发动机(Pulse Detonation Engine,PDE)作为一种新型推进装置,凭借其热循环效率高、结构简单等特性,成为当今研究热点。在多循环工作过程中,PDE燃烧室管壁的温度不断
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脉冲爆轰发动机(Pulse Detonation Engine,PDE)作为一种新型推进装置,凭借其热循环效率高、结构简单等特性,成为当今研究热点。在多循环工作过程中,PDE燃烧室管壁的温度不断升高,成为限制其应用的重要因素。近年来,管壁传热问题逐渐成为PDE工程研究中必须重视的问题。为了探究PDE燃烧室管壁的传热特性,本文采用CE/SE方法和有限差分法对爆轰燃烧室内流场及其壁面的耦合传热过程进行了数值研究;搭建了相关实验平台,利用快速响应热电偶对燃烧室外壁面温度进行测量,验证了相关数值研究结果。主要内容如下:(1)分别建立考虑壁面传热的轴对称无粘与粘性气液两相爆轰理论模型,采用与模型相对应的CE/SE方法对PDE内流场进行了相关数值计算,分析了燃烧室内流场变化规律。(2)建立了轴对称圆管热传导模型,采用有限差分法离散求解热传导方程;并通过能量平衡法实现了燃烧室流场与管壁的耦合传热过程,分析了单次爆轰过程中燃烧室管壁的传热特性,对比了流场考虑粘性作用后管壁传热过程的变化情况。(3)采用周期性推力壁处边界条件,实现了PDE多循环工作状态下燃烧室管壁传热的数值模拟研究,在分析多循环传热特性的基础上,研究了多种因素对管壁传热造成的影响。(4)开展了PDE燃烧室外壁面温度测试实验,分析相关实验结果,验证了数值研究工作的可靠性,进一步证实:燃烧室外壁面温度初始上升缓慢,随后逐渐加快,并从某一时间点开始线性上升;相同时间内,管壁温度随爆轰频率的增加近似于线性增加;相同结构下,距推力壁越近,壁面温度越低。本文研究成果揭示了PDE工作过程中其燃烧室管壁的传热机理与规律,对深入研究PDE燃烧室管壁的传热、热烧蚀及热防护等具有重要意义。
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