固体燃料超燃冲压发动机燃烧室的数值仿真

基于一种固体燃料超燃冲压实验发动机的实验数据,使用数值模拟软件分别对超燃冲压发动机燃烧室的初始状态以及启动后的燃烧流动进行数值模拟。采用用户自定义函数方式给定PMMA燃料进口边界。数值模拟结果显示:燃烧室流场特性分布符合理论分析;燃烧室固体燃料壁面的燃料退移速率与实验数据有一定差异,但是整个燃面沿轴向的燃速分布规律与实验值近似;沿轴向的燃面附近的压力分布与实验结果较为吻合。研究结果表明:该数值计算模型较为合理,对固体燃料超燃冲压发动机的理论研究具有一定参考价值。     

高速冲压推进动能弹自点火工作过程数值模拟研究

为了研究高速冲压推进动能弹在自点火过程中的工作特性,数值模拟了基于聚乙烯为固体燃料的高速冲压推进动能弹自点火过程,分析了自点火过程中的点火延迟时间,喷管出口堵盖打开前燃烧室的流场变化规律,以及堵盖打开火焰稳定后燃烧室流场变化规律和全弹性能。结果表明:高速冲压推进动能弹由于其初始的独特结构(喷管出口堵塞),点火延迟时间短,自点火能够成功进行;堵盖打开前,燃烧室压力发生了剧烈的振荡,并且燃烧室内化学反应增强了振荡效应;堵盖打开并且燃烧室火焰稳定后,高速冲压推进动能弹的额定推力为283 N,净推力为83 N,基于聚乙烯燃料的比冲为9129 m·s-1。     

超燃冲压发动机燃烧室直连式实验研究

文中在超燃冲压发动机燃烧室直连式实验设备上,对超音速燃烧室模型进行（Ma=2．O）冷流实验研究,比较了不同的来流条件、不同的隔离段长高比和不同的燃烧室出口反压对燃烧室内部流场以及燃烧室隔离段的抗扰动能力的影响．并利用数值模拟的方法对燃烧室内部流场进行了模拟。研究结果表明：隔离段长高比增大,其容纳反压的能力相对增强;燃烧室出口堵塞导致的流场畸变越小．对燃烧室流场压力分布的影响越小。     

超燃燃烧室支板喷注器燃料掺混优化数值分析

为分析喷孔对带交错支板/凹腔组合结构燃烧室性能的影响,运用数值模拟的方法研究了单个喷孔和多个喷孔与支板的相对位置对燃料掺混效率的影响,并探讨了流场在不同喷射角度下的变化情况.研究发现:喷孔正对下斜支板更有利于燃料向燃烧室中心区域扩散,提高混合效率,此结论同样适用于多喷孔喷射;喷射角越接近90°,越有利于提高燃料的穿透深度,同时远场穿透能力随之增强.但喷射角度越大,总压损失越大.     

实验气体污染对超音速燃烧性能影响的数值模拟研究

为了评估燃烧加热器污染组分对超燃冲压发动机燃烧室燃烧性能的影响,采用CFD软件分别对纯净空气和污染空气来流条件下的燃烧室流场进行了数值模拟。对数值模拟方法进行了实验验证,数值模拟值与实验值吻合较好。数值模拟结果表明:实验气体中含H2O和CO2时,燃烧室壁面压力和燃烧效率降低;煤油燃烧加热器产生的污染组分对燃烧性能的影响小于氢氧燃烧加热器,采用煤油燃烧加热器的结果更接近纯净空气。     

气体与液体两相连续旋转爆轰发动机爆轰波传播特性三维数值模拟研究

为了研究气体与液体两相连续旋转爆轰波的传播特性,基于三维守恒元和求解元方法,在圆柱坐标系下采用带化学反应的气体与液体两相爆轰模型,对连续旋转爆轰发动机进行三维数值模拟。通过计算获得了爆轰波起爆及其稳定传播时的流场结构,分析了流场在燃烧室径向方向的变化以及发动机的推力性能,揭示了两相爆轰波的传播特性。研究结果表明：燃烧室内流场结构与文献\[4\]中的实验研究结果定性一致;由于环形燃烧室外壁面的收敛和内壁面的发散,爆轰强度沿着燃烧室的径向方向逐渐增强,实现了爆轰波的自持旋转传播;以汽油为燃料、富氧空气为氧化剂,在填充总压为0.2 MPa、总温为288.15 K、燃料液滴半径为25 μm的条件下,连续旋转爆轰发动机所获得的平均推力约为880 N,爆轰波的传播频率约为4 390 Hz.     

喷管对连续旋转爆轰涡喷组合发动机性能影响的数值研究

采用共轴环包式双燃烧室模型,通过数值模拟探讨了尾喷管结构参数对连续旋转爆轰涡喷组合发动机燃烧室及喷管流场结构和性能的影响。采用40%富氧空气为氧化剂,煤油蒸气为燃料,物理模型由外环内径93 mm、外径113 mm、长度85 mm的环形旋转爆轰燃烧室和内腔直径83 mm、长度85 mm的共轴涡喷中心流道组成,计算域包括带有共用等直喷管、独立等直喷管以及2种不同收缩比的拉法尔喷管的连续旋转爆轰涡喷组合发动机的燃烧室和喷管流场。数值结果表明：旋转爆轰燃烧室在发动机带有不同尾喷管时均能够形成稳定自持传播的爆轰波,不同喷管构型对爆轰燃烧室内的流场结构与参数影响较明显。相比于独立等直喷管,对于爆轰波峰值静压与波速的影响上拉法尔喷管起到有效的提升作用,但收缩比的增加会导致预混气喷注不均匀,影响爆轰波自持传播的稳定性;共用等直喷管则轻微地降低了爆轰波峰值静压与传播速度,提高了预混气喷注区域和波头的高度。在该文所选工况下,较大收缩比的拉法尔喷管能明显地改善喷管出口的状态,对发动机的推力与燃料比冲提升最显著,高达16%。     

对超声速燃烧室自动点火的支配参数研究

在推进超燃冲压发动机实用化的研究中，当前的主要课题之一是在高速气流中的燃料点火、保焰问题。利用数值分析再现了具有后向台阶的超声速燃烧室非反应混合流场，探讨了支配台阶／喷嘴间自动点火区的燃料浓度和滞留时间的参数。介绍了数值计算方法、计算结果及其分析。     

冲压加速器非平衡流动数值模拟

采用改进的流动顶与化学反应生成源项解耦处理的化学非平衡流动计算方法，从薄层近似N－S方程出发，采用ENO差分格式和7组分8反应机理，数值模拟了超声速冲压加速器在H2／Air预混合气体中激波诱导燃烧流场。计算结果与文献进行比较符合得很好，验证了计算方法的有效性，在此基础上，采用13组分32反应CH4／Air机理，对冲压加速器在组分摩尔数为2O2＋3CH4＋10N2的预混合气体中激波诱导燃烧流场进行数值模拟，计算表明新的计算方法可以用于碳氢燃料的超声速燃烧流动模拟。     

涡流燃烧发动机燃烧室数值模拟

为研究涡流冷壁火箭发动机燃烧室内部的流动情况,分别采用RNGk-ε模型和雷诺应力模型对涡流冷壁发动机燃烧室流场进行数值模拟,确定采用雷诺应力模型能够较好的模拟冷态双旋涡流动。通过数值模拟得到了外层准自由涡,内层准强迫涡的Rankine组合涡结构。研究表明:数值模拟得到的流动结果比冷态模型更接近实际情况;三维效应在准自由涡区域比较明显,在强迫涡区域很小,总体上不影响燃烧室内的双旋涡流动结构。     

乙烯超燃燃烧室菱形孔射流的数值优化

为分析相同面积条件下菱形孔的不同长宽比、不同偏转角度对超燃燃烧室中的流动特性影响,对低动压喷射的超声速流场进行了数值模拟.研究结果表明:在计算的6种长宽比构型中,长宽比为5构型燃料穿透能力和掺混特性最强,但此时对称面上总压损失变大;在计算的3种偏转角构型中,偏转角度为30°构型的燃料掺混特性和燃料的穿透能力最强,但此构型在远流场处抬升能力变弱,羽流质量中心高度出现下降.     

甲醇热解组分对超音速燃烧影响的数值模拟

针对某模型超音速燃烧室,采用总包化学反应动力学模型计算了添加甲醇燃料热解气体组分条件下碳氢燃料的燃烧特性。对比分析了不同条件下内部温度场、氢气浓度的分布以及燃料的转化特性等。结果表明：添加甲醇燃料热解气体后可以有效改善发动机的着火和燃烧特性。     

底排推进剂瞬态泄压工况下燃烧流场特性的数值模拟

针对底排弹出炮口泄压瞬间燃烧失稳问题,建立了AP/HTPB底排推进剂燃烧流场的二维轴对称非稳态模型,通过数值模拟获取了底排模拟装置在瞬态泄压工况下的流场特性。结果表明: 在泄压过程中,燃烧室内压力、密度和温度沿轴向迅速下降,速度沿轴线迅速升高,且各流动参数的变化梯度逐渐减小;底排推进剂燃气的加入导致燃烧室内密度沿径向降低,而温度沿径向升高;燃烧室内压力随时间变化的计算值与实测值吻合较好。     

等离子体助燃及其对燃烧室出口紊流度影响的数值分析

为了研究等离子体的助燃效果,以CH4与空气的混合气为对象,对燃烧产物和燃烧室出口流场的紊流度进行了数值模拟分析。结果表明等离子体可以提供燃烧开始的自由基,加快连锁反应的进行,从而提高燃烧温度;还表明与传统燃烧技术相比,等离子体助燃技术可以改善燃烧室出口流场（包括温度场和速度场）的分布。     

壁面函数在复杂流场计算中的应用

在工程应用中通常使用壁面函数进行流场计算，为将该法应用于复杂区域流场，该文利用张量理论详细推导了壁面函数在空间任意弯曲壁面上的表达形式，并采用该组公式对3种不同形式的燃气轮机燃烧室的三维两相化学反应流场进行了数值模拟．计算结果合理，表明上述壁面函数处理方法是正确的，可用于复杂区域流场的计算，流场计算机程序可为燃烧室的研制和优化设计提供有用数据．     

非同轴式Al/AP粉末发动机内流场数值计算

为研究非同轴粉末发动机燃烧室内的燃烧与流动特性,对粉末发动机燃烧室内流场进行三维数值模拟,分析了非同轴式粉未喷注、火焰稳定器、铝粉颗粒粒径对粉末发动机流场特性的影响。计算结果表明:采用非同轴的供粉方式可以促进反应物掺混燃烧;在燃烧室内安装火焰稳定器、减小铝粉粒径可以促进铝粉燃烧,提升燃烧室内的压力和温度。     

氢气占比对氢气-煤油-空气旋转爆轰波传播特性的影响

为研究燃料中氢气占比对旋转爆轰波传播特性的影响,以液态煤油和氢气作为燃料、空气为氧化剂,通过求解Navier-Stokes方程对旋转爆轰过程进行二维数值模拟.通过改变质量流量和燃料中氢气的占比对旋转爆轰波进行二维数值模拟,研究不同工况对旋转爆轰波传播特性的影响,并对燃烧室内新爆轰波形成过程、模态转换过程和气液分布不均匀...     

扰流片对驻涡燃烧室性能影响的研究

为了研究含扰流片的驻涡燃烧室燃烧及内部流动性能,对不同扰流片的个数和进口速度的燃烧室的燃烧情况进行数值模拟,分析燃烧室燃烧时的流场分布、温度分布、总压损失以及燃烧效率。结果表明：扰流片能够增强燃气的掺混和热交换,可以极大的提高燃烧室的燃烧效率（最高可达99．99％）,改善出口温度分布;随着扰流片个数和入口速度的增加,总压损失和燃烧效率都逐渐增大;当扰流片为四个时,燃烧室流场稳定,燃烧效率高且温度分布均匀。     

含装药裂纹固体火箭发动机点火过程内流场数值模拟

基于裂纹流场与发动机内流场的耦合作用机理,利用裂纹出口流场参数来计算裂纹向燃烧室流场喷射质量流率的方法,对含装药裂纹固体火箭发动机点火过程的内流场进行了数值模拟,得到了内流场的分布情况,通过分析计算结果,总结出不同位置、不同几何尺寸的裂纹对发动机内流场的影响规律.     

横向射流起爆爆震波二维数值模拟

利用Fluent软件对燃烧室内填充化学恰当比的C8H18/O2预混气体进行直接起爆,并对爆震波衍射和爆震波形成以及发展过程进行数值模拟研究;详细分析了横向射流在不同角度、不同位置条件下直接起爆燃烧室内预混气体后爆震波的传播特性和流场特点.