针栓喷注条件下碳氢燃料旋转爆震燃烧机理研究

来源 :国防科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:arthur2020
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连续旋转爆震与液体火箭发动机中的高频切向燃烧不稳定具有众多的相似之处,很可能是后者的诱因之一。而针栓式喷注器是液体火箭发动机喷注方式的一种,具有固有的燃烧稳定性。本文在空桶燃烧室内,使用设计的针栓式喷注器,通过数值仿真和试验的手段开展了乙烯-空气连续旋转爆震研究。针对针栓喷注条件下的乙烯-空气旋转爆震开展了数值仿真。展示了冷流条件下不同针栓构型的流场结构,分析了头部回流区和中心回流区对燃料分布的影响。直观展示了点火条件下的爆震波结构,分析了旋转爆震波与喷注混合之间“此消彼长”的相互作用。探究了针栓构型变化对旋转爆震实现的影响,发现了针栓直径减小导致的激波与火焰解耦现象。开展了一系列针栓喷注条件下的乙烯-空气旋转爆震试验。分析了单波模态、双波模态和不稳定模态的传播特性,介绍了试验中得到的两类模态转换现象。并将火焰传播频率与高频压力的频率进行对比,定量说明了激波与火焰的耦合情况。讨论了针栓构型对于爆震波工况范围的影响,发现针栓直径减小会导致爆震实现难度增大;针栓伸入长度增大会诱发新的波头,引发从单波向双波的模态转换。分析了燃烧室沿程压力变化,对比了不同传播模态下的压力分布。发现了氢气、乙烯和甲烷三种燃料下的燃烧室沿程压力相差不大,但是其峰值压力、贫燃极限和传播频率等有所区别。开展了爆震波传播频率与燃烧室固有声学频率的对比。发现了旋转爆震和高频切向燃烧不稳定之间的频率一致性。分析了针栓式喷注器对于高频切向燃烧不稳定的抑制机理。
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