超声速燃烧凹槽火焰稳定的研究动态

高超声速气流在燃烧室的停留时间非常短,使得超燃冲压发动机燃烧室内燃料与气流的混合及其燃烧变得非常困难。目前集燃料喷射、混合及火焰稳定为一体的凹槽有望改进这一情况而受到了普遍关注。介绍了超声速气流流过凹槽的自激振荡及其控制、停留时间和阻力等特性,总结、分析了近几年凹槽在超声速气流中增强混合及燃烧的实验与数值研究,指出了在把凹槽用于提高超燃冲压发动机性能方面存在的问题和进一步研究的方向。

凹槽火焰稳定器结构对煤油超声速燃烧的影响

采用混合分数平衡化学反应模型和离散液滴模型,研究了不同长深比和后缘倾角的凹槽在液体煤油双模态燃烧中的火焰稳定特性。结果表明,集燃料喷射、混合及火焰稳定为一体的凹槽,在所模拟的工作过程中增强了燃料与空气的混合和燃烧;并得到最优的凹槽结构;混合分数平衡化学反应模型和离散液滴模型能准确地预测煤油在双模态燃烧室内的喷雾燃烧。

套室内气流的三维数值模拟

借助流场计算软件PHOENICS ,对单元住宅室内的气流在夏季工况条件下进行三维模拟计算。考虑了外界气温和太阳辐射等因素对室内气流的影响 ,得到室内气流的速度矢量和温度等参数的分布。依据供暖、通风和空气调节在夏季工况下的标准 ,对室内的气流温度、气流速度做出评判。

煤油超声速燃烧的数值分析

利用计算流体力学软件对煤油在所设计的双模态超声速燃烧室内的超声速喷雾燃烧进行了数值模拟。采用离散液滴模型、概率密度函数紊流扩散燃烧模型和紊流k ω模型计算了在飞行马赫数为5,煤油与空气的当量比为0 551时的情况。数值结果得到的壁面静压分布与实验数据基本一致;计算所得到的总压损失系数是0 696,非常接近实验测量值0 707,但计算得到的燃烧室燃烧效率远比实验值高。

液体煤油超声速燃烧数值分析的湍流模型

利用计算流体力学软件对煤油在所设计的双模态燃烧室内的喷雾燃烧进行了数值模拟。采用k-ε三种形式、k-ω两种形式和雷诺应力湍流模型,计算了在飞行马赫数为5,煤油与空气的当量比为0.551时的情况。通过将数值模拟结果与实验数据进行对比,证明这些湍流模型都可用于煤油超声速燃烧的数值计算。并且,k-εRNG模型和k-ωSST模型的计算结果与实验数据最为接近,可以认为这两个模型在模拟煤油超声速燃烧流场中是非常有效的;而雷诺应力模型效果较差。

超声速气流中煤油燃烧的实验研究

为了得到双模态超燃冲压燃烧室模型在不同飞行马赫数时的性能参数,在直连式风洞中,飞行马赫数为4,5,6的来流条件下,对液体煤油的超声速燃烧进行研究。对于试验的三种热态工况,液体煤油实现了点火,并稳定燃烧;并且其工作状态都是典型的亚燃冲压模态。通过一维模型对壁面静压进行分析,得到了燃烧室流场参数和性能参数。在各个飞行马赫数和当量比条件下,燃烧室出口总压损失分别是0·565,0·696和0·725,都接近试验测量值;燃烧室出口的燃烧效率分别为0·82,0·67和0·60。不同飞行马赫数下双模态燃烧室试验数据和参数,为其性能的进一步改进提供了实验依据。

夏季套室内人体热舒适的数值预测

用数值方法预测了夏季套室内气流的速度、温度、人体热舒适指数干球合成温度等参数的分布,计算中考虑太阳热辐射和外界气温等条件的影响。根据相关成果,对预测出的套室内人体热舒适进行评定,所预测套室内环境达到了人体的热舒适性基本要求,并得到舒适情况下的干球合成温度范围。

人体热舒适与室内空气品质研究——回顾、现状与展望

综述人体热舒适和室内空气品质研究的历史和现状 ,展望该研究的发展趋势。

套室内人体热舒适的研究

借助于通用流场计算软件PHOENICS,在考虑了外界气温、太阳的热辐射条件、家具以及人员等对室内微气候影响的情况下,预测了两室一厅套室内气流三维流场和温度场。得到了套室内气流的速度、温度和人体热舒适指数等参数的分布,并经过评定,该套室内的热环境达到了人体的舒适性要求。模拟计算结果对套室的设计及其空调系统的配置具有重要的参考价值,并为套室内人体热舒适的进一步研究和室内空气品质问题的研究奠定了基础。

凹槽非定常超音速流动的研究

用SST的两方程紊流模型,采用时间和空间上二阶的方法,求解雷诺平均N-S方程,得到开放型凹槽的流动特性的变化。数值模拟了飞行马赫数为5时的测试结果,得到不同时刻流场参数的变化。凹槽内流体质量的增加和减少,有助于油气的混合和燃烧,对于维持燃料的超音速燃烧是非常关键的,对超燃冲压发动机燃烧室的设计具有重要的价值。

液体煤油凹槽火焰稳定极限研究

针对所设计的超燃冲压发动机燃烧室,对液体煤油的凹槽火焰稳定特性进行研究。采用概率密度函数紊流扩散燃烧模型、紊流k-ω模型和离散液滴模型,数值模拟了飞行马赫数为5,不同位置和油气当量比喷射燃料的情况。从凹槽前缘喷射燃料,凹槽在富油时火焰稳定范围比较广;从凹槽底面和后壁喷射燃料,凹槽抑制了富油时火焰稳定范围,而在贫油时火焰稳定范围比较广。火焰结构受燃料喷射位置和油气当量比的影响。油气当量比是3.0时,凹槽出现开放型凹槽流动;而其它的模拟情况,凹槽均出现过渡型凹槽流动,这与冷流时凹槽流动类型不同。深入研究凹槽的热流场特性,使凹槽发挥最大的火焰稳定作用。

燃料喷射位置对凹槽火焰稳定特性的影响

采用混合分数平衡化学模型,燃烧与紊流相互作用的PDF模型和离散液滴模型,研究了不同位置喷射燃料对双模态冲压发动机燃烧室中煤油超声速燃烧凹槽火焰稳定特性的影响。结果表明,凹槽内均出现燃料和空气的混气,以及燃烧产生的高温区,可以达到稳定火焰,增强燃烧的目的;从凹槽局部参数以及燃烧室壁面静压的分布来看,凹槽上游0位置喷射燃料,更有利于燃料与空气的混合、燃烧,并且燃烧室总压损失较小,是最佳的喷射方式。验证了我们在实验研究中的所采取的设计方案。同时,有关煤油超声速燃烧的研究可以通过数值实验,并对实验测量起到指导作用,从而减少风洞实验次数。

用不同化学反应模型对煤油超声速燃烧的数值分析

采用单步不可逆有限速率化学反应模型,同时结合离散液滴模型、概率密度函数紊流燃烧模型的混合分数平衡化学反应模型,对煤油在双模态燃烧室内的燃烧进行了数值分析。通过比较数值计算结果与实验结果,说明计算所采用的模型是有效的。在给定的计算条件下,与单步不可逆有限速率化学反应模型相比,结合了离散液滴模型的混合分数化学反应模型更能准确地预测煤油在双模态燃烧室内的喷雾燃烧,并且集燃料喷射、混合及火焰稳定为一体的凹槽火焰稳定器增强了燃料的混合和燃烧,使燃烧效率在燃烧室出口达0.880 6。

凹槽火焰稳定器前缘结构对煤油超声速燃烧的影响

采用离散液滴模型、概率密度函数紊流燃烧模型和两方程紊流模型数值,模拟了双模态冲压发动机燃烧室内不同前壁面结构凹槽的超声速燃烧火焰稳定特性。在相同的计算条件下,数值分析结果表明:与具有正规凹槽结构的燃烧室相比,具有斜面凹槽结构的燃烧室:壁面静压分布更加合理;其内涡量比较强;燃烧室出口总压恢复系数和燃烧室效率都比较大。因而认为斜面凹槽火焰稳定器提高了混合和燃烧,优于正规凹槽火焰稳定器。

液体煤油超声速燃烧的三维数值分析

利用计算流体力学软件对煤油在双模态超声速燃烧室内的超声速喷雾燃烧进行数值模拟.采用离散液滴模型、概率密度函数紊流扩散燃烧模型和紊流k-ω模型,在飞行马赫数为5、煤油与空气的当量比为0.551时的超声速燃烧进行了计算.计算得到的壁面静压分布与实验数据十分接近;总压力损失系数是0.70,小于实验测量值0.707;分析数值结果可知,支板喷油和凹槽火焰稳定器提高了混合和燃烧效率,燃烧室出口燃烧效率达0.62,接近实验得到的燃烧效率0.696.

Simulation of Aviation Kerosene Combustion in Dual-mode Scramjet Combustor

Supersonic combustion of aviation kerosene is investigated under the flight conditions of Mach number 5 and fuel-air equivalence ratio 0.551.The trajectories of the fuel droplets and the heat/mass transfer between them are simulated by means of discrete phase model(DPM).The k-ω model is chosen for turbulence closure and the non-premixed probability density function(PDF)approach is used to calculate the turbulence-chemistry interaction.The calculated wall static pressure and the total pressure loss coefficient are very close to the experiment results.The strut and cavity devices significantly increase the combustion efficiency.