超聲速流場(chǎng)中湍流燃燒模型的應(yīng)用研究.pdf

1、高超聲速飛行器擁有極高的戰(zhàn)略意義和應(yīng)用價(jià)值，目前已成為航空航天領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)；高超聲速燃燒問題作為超聲速飛行器研究過程中的難點(diǎn)，也引起了世界各國的廣泛關(guān)注。超聲速燃燒室中工作過程復(fù)雜，來流停留時(shí)間極短，且在這短時(shí)間內(nèi)需要完成噴注、點(diǎn)火、燃燒等過程，在液態(tài)燃料燃燒中還需要考慮液滴的霧化、碰撞、破碎等兩相流問題，這些使得超聲速燃燒的研究工作格外困難。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)已成為一種經(jīng)濟(jì)、有效的研究手段，其可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)

2、得到詳細(xì)的流場(chǎng)信息，為研究超聲速燃燒提供依據(jù)?；谶@個(gè)背景，本文分別對(duì)氣態(tài)燃料和液態(tài)燃料的超聲速燃燒問題進(jìn)行了數(shù)值模擬，討論了不同湍流燃燒模型在超聲速燃燒流場(chǎng)計(jì)算中的適用性。
　　首先，本文以DLR氫氣超燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)為研究對(duì)象，在冷態(tài)模擬中，分別使用二維模型和三維模型計(jì)算，與實(shí)驗(yàn)比較速度和壓力分布后，得出三維模型情況下的計(jì)算效果較二維模型效果更好，且三維模型密度基求解器和壓力基求解器在 DLR超燃發(fā)動(dòng)機(jī)中模擬效果一致；在燃燒模擬中

3、，使用了渦耗散概念模型、有限速率模型、渦耗散模型和火焰面模型，其中渦耗散概念模型、有限速率模型和火焰面模型采用了多步反應(yīng)機(jī)理，通過與實(shí)驗(yàn)給出的溫度分布和速度分布進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)火焰面模型在溫度分布中效果更好，計(jì)算量更小，更適合作為在DLR氫氣超燃發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃燒模型。
　　然后，為了合理的計(jì)算液態(tài)噴注問題，論文對(duì)超聲速條件下水射流實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，以討論不同二次破碎模型在超聲速下的適用性，通過在噴注高度、液霧展向分布范圍等問題上的對(duì)比

4、，表明二次破碎模型在超聲速液態(tài)燃料的模擬計(jì)算中不可忽略；在二次破碎模型的選擇中，KH-RT模型最為適合超聲速射流的模擬。此外，論文還討論了非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)和有無碰撞模型對(duì)噴水射流過程的影響，并模擬了氣動(dòng)比為7和10情況下的噴射實(shí)驗(yàn)。
　　最后，根據(jù)以上結(jié)論，選擇了較為適合的模擬方法對(duì)液態(tài)燃料的超聲速燃燒問題進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果表明在液態(tài)燃料的空間分布和溫度分布上，與實(shí)驗(yàn)燃燒流場(chǎng)紋影圖和火焰成像圖相似；在壁面壓力模擬對(duì)比中與實(shí)驗(yàn)趨勢(shì)吻合，計(jì)