氫-氧發(fā)動機變工況燃燒特性及其燃燒穩(wěn)定性研究.pdf

1、火箭發(fā)動機通過調(diào)節(jié)供應(yīng)管路上的推進劑實現(xiàn)變工況工作，變工況會改變推進劑的速度比、混合比，進而引起燃燒室內(nèi)的燃燒流場、燃燒效率、壁面熱流分布等發(fā)生變化；與此同時變工況引進了額外的激勵，可能會激發(fā)燃燒不穩(wěn)定。本文以氫/氧發(fā)動機為研究對象，采用數(shù)值仿真的方法配合試驗結(jié)果研究發(fā)動機變工況燃燒特性及其燃燒穩(wěn)定性。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴為獲得可靠的、有效的數(shù)值仿真模型，對不同湍流模型、不同湍流與化學反應(yīng)作用模型、不同燃燒機理對應(yīng)的燃燒流

2、場進行了數(shù)值計算，并對得到的燃燒流場結(jié)果進行了比較分析，與運用壁面熱流測試法獲得的發(fā)動機燃燒室壁面熱流分布進行了對比驗證。結(jié)果表明：標準k??模型得到的燃燒火焰比k???sst模型得到的燃燒火焰更靠前，k???sst模型得到的壁面熱流與試驗結(jié)果吻合得更好；在局部燃燒火焰峰面上層流有限速率模型得到的燃燒流場溫度比渦耗散模型得到的燃燒流場溫度高。
　　⑵利用獲得的可靠的、有效的計算模型研究了發(fā)動機變工況下的燃燒特性，包括研究速度比、混

3、合比對燃燒流場、燃燒室壁面熱流的影響，速度比對燃燒效率的影響。結(jié)果表明：增加燃料與氧化劑的速度比會使燃燒火焰靠前，燃燒室前端的低溫區(qū)變短，燃料濃度變低；最大壁面熱流位置對燃料與氧化劑的速度比和混合比都不敏感；燃料與氧化劑速度比的變化與混合比的變化都不會引起燃燒室壁面熱流形狀的改變；燃燒室同一截面上，燃燒效率隨燃料與氧化劑的速度比的增大而增大。
　?、腔趯ψ児r下發(fā)動機燃燒特性的認識，研究了變工況下發(fā)動機的燃燒穩(wěn)定性問題。結(jié)果表明

4、：對氣/氣燃燒來講，大尺度渦結(jié)構(gòu)的形成、合并、碰撞是燃燒室內(nèi)熱釋放脈動的主要原因；燃料與氧化劑的速度比越大，各階主頻對應(yīng)的振蕩分得的燃燒振蕩能量越少，燃料與氧化劑的速度比越小，燃燒振蕩的能量向各階主頻對應(yīng)的振蕩分配得越多，各階主頻對應(yīng)的振蕩越明顯，從整體上來看，燃料與氧化劑之間的速度比越大越有利于削弱燃燒振蕩；如果外加激勵頻率不是燃燒室聲學振蕩頻率，燃燒室壓力振蕩的頻譜特性對工況變化的響應(yīng)將只是瞬時存在的，壓力平穩(wěn)后，振蕩特性仍只是燃燒