燃烧室宽度对乙烯-空气连续旋转爆震的影响研究

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连续旋转爆震发动机(CRDE)的热循环效率高、放热速率快并且结构紧凑,在高超声速推进领域拥有广阔的应用前景。为加快推进CRDE的工程应用,碳氢燃料的连续旋转爆震成为当前的研究热点。本文通过数值模拟和实验研究的手段开展了乙烯-空气连续旋转爆震的研究。开展了二维预混喷注条件下乙烯-空气连续旋转爆震的数值模拟,分别研究了喷孔间距和倾斜角、预混气质量流量和当量比对爆震波传播特性和积气腔压力稳定性的影响。结果表明,喷孔间距对爆震波传播速度的影响很小,随着喷孔间距的增大,爆震波传播过程的稳定性下降,爆震波对积气腔的压力扰动降低。喷孔倾斜角对爆震波的传播速度具有显著影响。随着喷孔倾斜角由-60°逐渐增加到60°,爆震波的平均传播速度单调递增。此外,倾斜喷注还能有效抑制爆震波后高压气体对积气腔的压力扰动。随着预混气质量流量的增加,爆震波的平均传播速度和积气腔的平均压力都显著提高,爆震波的传播过程和积气腔的压力状态都更加稳定。随着预混气当量比的提高,爆震波的传播速度显著提高,传播模态转变为同向双波模态。开展了三维预混喷注条件下乙烯-空气连续旋转爆震的数值模拟,详细介绍了爆震波的传播过程,分析了燃烧室宽度对爆震波传播特性的影响。结果表明,在宽度较小的燃烧室内,震波的传播模态发生多次转变,其传播过程极不稳定。随着燃烧室宽度的增大,爆震波以同向双波模态稳定传播。同时发现,随着燃烧室宽度的增大,爆震波的传播速度和推力的稳定性显著提高而发动机的推力明显降低。采用三维数值模拟分析了燃烧室宽度对冷流混合效率的影响。结果发现,适当增加燃烧室宽度有利于增强推进剂的混合效果,提高混合效率。最后,通过实验研究了燃烧室宽度对爆震波传播特性的影响。结果表明,随着燃烧室宽度的增大,爆震波的传播模态由不稳定的双波对撞模态逐渐过渡为稳定的单波模态,爆震波的传播速度和传播稳定性都显著提高。
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