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脉冲爆轰发动机(Pulse Detonation Engine,简称PDE)是一种利用脉冲式爆轰波产生的高温、高压燃气来获得推力的新概念发动机。它具有热循环效率高、结构简单、重量轻、工作范围宽等特点,在未来的航空航天与兵器领域具有广阔的应用前景。本文针对脉冲爆轰发动机中燃油雾化、蒸发和气液两相混合及爆轰过程的特点,建立了一维、二维脉冲爆轰发动机两相爆轰的欧拉-拉格朗日模型,根据时空守恒元与求解元思想,推导了气相的一维、二维时空守恒元与求解元方法(The Space-Time Conservation Element and Solution Element Method,简称为CE/SE方法)的计算格式,液相采用四阶Runge-Kutta法求解,编写相关计算程序,对脉冲爆轰发动机中燃油雾化、蒸发和气液两相混合及燃烧转爆轰过程进行了数值模拟。并在此基础上,对脉冲爆轰发动机进行相关冷态和热态实验。研究内容主要有:(1)建立了脉冲爆轰发动机中一维、二维/轴对称两相爆轰欧拉-拉格朗日模型,推导了相应气相一维、二维/轴对称CE/SE方法的计算格式,编写了相关计算程序,应用一维、二维/轴对称CE/SE方法数值求解气相,采用四阶Runge-Kutta法求解液相,研究了PDE内液体燃料雾化机理,修正了FIPA(Fractionment Induit Par Acceleration)雾化模型,编写了相关计算程序,实现了对脉冲爆轰发动机中汽油雾化、汽油/空气两相混合和爆轰过程的数值模拟,分析了不同液滴组数、初始液滴直径和粒径分布模型、进气方式和进气速度对上述过程的影响。计算结果表明:一维、二维/轴对称欧拉-拉格朗日模型在气液两相爆轰模拟中是适用的,可以有效地捕获爆轰波。修正后的FIPA模型计算误差减小了 11.7%,更适用于PDE内液体燃料雾化。轴向进气比径向进气时的雾化效果好,能更快的形成稳定的爆轰波。随着填充速度增大,汽油液滴的破碎速度加快,索特尔平均直径变小,爆轰波传播速度在增加,爆轰波的压力峰值在增加,燃烧转爆轰时间在减少。(2)建立了脉冲爆轰发动机中考虑组分反应的二维/轴对称两相爆轰欧拉-拉格朗日模型,对脉冲爆轰发动机中的单循环过程和多循环过程进了行数值计算,分析了不同的进气温度、当量比和工作循环对汽油雾化、蒸发和汽油/空气两相混合及燃烧转爆轰过程的影响。计算结果表明:增加进气温度可以加快汽油的蒸发,减小液滴尺寸,同时也会减少反应物总质量;增加进气温度可以加速化学反应过程,减少燃烧转爆轰距离和时间,但是也会降低爆轰压力峰值;当量比小于1.1时,随着当量比的增加,爆轰波的压力峰值和传播速度迅速增加,燃烧转爆轰距离和时间快速减小;当量比大于等于1.1时,随着当量比的增加,爆轰波的压力峰值基本不变,爆轰波传播速度增加幅度和燃烧转爆轰距离和时间减小幅度都有所减缓。PDE多循环工作过程比单循环时复杂。PDE内的平均温度随着循环次数的增加而逐渐升高,到第7个循环结束时,管内平均温度比第一个循环结束时增加了47K,随后趋于稳定。同时,随着循环次数的增加,PDE爆轰压力峰值和传播速度随之减小,DDT距离和时间随之减小,直至PDE工作稳定才基本保持不变。富油情况下PDE内爆轰波峰值压力更高,性能更好。(3)通过坐标变换建立了任意坐标系下的脉冲爆轰发动机二维/轴对称两相爆轰欧拉-拉格朗日的数学物理模型,分析了文氏管和喷嘴位置对汽油雾化、汽油/空气两相混合及爆轰过程的影响。根据数值计算结果,设计加工了文氏管、挡板和掺混器等多种混合室结构,搭建了汽油/空气脉冲爆轰发动机冷态实验平台,实验研究了混合室结构对汽油雾化和汽油/空气两相混合过程的影响。通过冷态实验得到合适的混合室结构,搭建了汽油/空气脉冲爆轰发动机热态实验平台,研究了脉冲爆轰发动机的汽油雾化、蒸发及汽油/空气两相混合状况和点火延迟时间、燃烧转爆轰时间和工作频率之间的关系。数值和实验研究结果表明:安装文氏管能减小PDE管内液滴索特尔平均直径,促进PDE内液滴雾化、两相混合过程,减少燃烧转爆轰距离和时间;安装文氏管时,如果能满足爆轰管内完全填充,应该选取喉部尺寸较小的文氏管来来改善雾化混合效果,提高PDE的工作频率和爆轰波的压力峰值;文氏管喉部安装喷嘴的PDE的爆轰波压力峰值最大,能在30Hz的频率下稳定的工作;低频时,安装文氏管和挡板压力峰值最高;高频时,安装文氏管和掺混器工作频率最高;在实验范围内,改善混合室结构,形成雾化效果好和分布合理的可爆油气混合物有利于提高PDE的工作频率。本文开展了PDE内雾化、混合和蒸发过程对两相爆轰过程影响的数值与实验研究,研究结果表明:建立的脉冲爆轰发动机一维和二维/轴对称两相爆轰欧拉-拉格朗日模型能有效模拟液体燃料雾化、混合和蒸发及爆轰过程,修正的FIPA模型更适合于PDE内雾化模拟,根据数字研究结果设计的混合室能减小燃料液滴尺寸,改善燃料粒径分布,缩短燃烧转爆轰时间和距离,对提高脉冲爆轰发动机的性能具有重要的理论意义和工程实际价值。