高超声速气流中前体/进气道燃料喷注策略及其混合增强机理研究

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激波诱燃冲压发动机作为一种新概。念发动机,是吸气。式高超声。速飞行器很有前景的一种推。进系统。在飞行器前体/进气道上喷注燃料促进混合是激波诱燃冲压发动机的关。键技术之一。本文采用数值模。拟方法研究了高超声。速来流下前体/进气道上多种燃料喷注方式的混合效果及其混合增强机理。首先,本文较为系统地介绍了激波诱燃冲压发动机,超声速来流下的单孔燃料射流、多孔(空气)射流以及脉冲射流等内容的国内外研究现状,为本文的研究讲清背景,理清思路。其次,基于公开文献中的二维超声速进气道和三维超声速横向射流试验数据,本文同时进行了数值方法验证和网格独立性验证。得到的结果显示,三。维RANS方程耦合SST k-ω湍。流模型适用于本。文将开展的研究工作,不同疏。密程度的网格对计算结。果影响不大。然后,本文研究了射流角度与喷注压比对混合效果的影响,分析了燃料-空气混合。效率、总压。损失、燃料。穿透深度和混。合长度等参数。结果表明,燃料射流角度和喷注压比都对射流上下游流场产生了深远影响。随后,在氢气喷孔下游位置串联安置了空气喷孔,探究了氢气喷孔与空气喷孔间距的影响以及回流区的形成机理。结果表明,间。距越小,混合效。率越。高。射流与来流相互作用产生的剪切涡结构诱发了回流区同时也卷吸了大量空气加速混合过程。接着,提出了不同周期的正弦波脉冲射流流场,从多个角度揭示了脉冲射流的混合增强机理。脉冲射流的间歇性喷注在减小总压损失和提高燃料穿透深度方面拥有独特的优势。其混合增强机理不是依靠产生的大尺度涡结构,而是通过间歇性的喷注卷吸更多的空气来增强混合。最后,研究了激。波诱。燃冲压。发动机经典的常规式和后掠式悬。臂斜坡。喷注器,并探索了喷注器喷孔附近区域的波系结构生成机理。结果显示,速度差异产生的剪切作用以及两种不同气流之间的相互碰撞形成了复杂的波系结构;悬臂斜坡喷注器的混合增强机理在近流场区域体现为射流产生的剪切作用,在远流场区域为悬臂构型产生的大尺度涡结构。
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