單邊擴(kuò)張型超聲速燃燒室凹腔流動(dòng)與燃燒的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文以單邊擴(kuò)張型超聲速燃燒室凹腔火焰穩(wěn)定器的冷流和燃燒流場(chǎng)結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，重點(diǎn)關(guān)注凹腔布置位置（擴(kuò)張面或水平面）、擴(kuò)張傾角對(duì)穩(wěn)焰凹腔冷流流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和燃燒組織的影響。
　　對(duì)在燃燒室不同位置布置凹腔的冷流流場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和二維大渦模擬研究并對(duì)比了擴(kuò)張傾角的影響。結(jié)果顯示，相較于等直燃燒室，擴(kuò)張型燃燒室內(nèi)凹腔剪切層向凹腔內(nèi)部偏轉(zhuǎn)，并且擴(kuò)張傾角愈大，這種趨勢(shì)愈加明顯；擴(kuò)張傾角的改變會(huì)影響凹腔剪切層撞擊激波的強(qiáng)

2、度以及凹腔內(nèi)主回流區(qū)的大小，但對(duì)主要的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)影響不大。
　　研究了凹腔上游橫向噴注燃料的無(wú)反應(yīng)噴流流場(chǎng)。燃料噴流柱經(jīng)過(guò)凹腔時(shí)，只有小部分背風(fēng)區(qū)的燃料在凹腔剪切層作用下卷吸進(jìn)入凹腔內(nèi)部，大部分燃料跨過(guò)凹腔進(jìn)入下游區(qū)域，流場(chǎng)中的激波波系與燃料噴流相互作用有利于燃料噴流混合層的失穩(wěn)及燃料-空氣混合；與等直燃燒室相比，3.5度燃燒室凹腔剪切層向凹腔內(nèi)部偏轉(zhuǎn)，燃料噴流也在主流的作用下和剪切層偏轉(zhuǎn)的誘導(dǎo)下向凹腔內(nèi)部偏轉(zhuǎn)，同時(shí)與凹腔剪切層的相

3、互作用更強(qiáng)，這有利于凹腔內(nèi)外的質(zhì)量與能量交換；3.5度燃燒室總體的混合效率和總壓損失較低。
　　采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究了凹腔上游橫向噴流的燃燒流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和燃燒區(qū)分布規(guī)律。結(jié)果顯示，對(duì)于同一擴(kuò)張傾角，水平面布置凹腔時(shí)凹腔內(nèi)部的燃燒相對(duì)擴(kuò)張面布置凹腔時(shí)較弱，同時(shí)燃燒區(qū)及壓力峰值位置稍微偏向下游；適當(dāng)增加凹腔的尺寸可以明顯擴(kuò)展燃燒區(qū)的分布范圍，提高凹腔內(nèi)部及下游的壓力；與等直燃燒室相比，3.5度燃燒室燃料噴流更加偏離下壁面而深入主流，燃料