氢燃料双模态冲压发动机火焰结构及其稳定机制的LES研究

为深入理解双模态冲压发动机内流场结构和燃烧特性,本文采用精细的有限速率化学反应模型,对凹腔内氢气直喷式超声速燃烧室火焰进行了大涡模拟研究。发动机隔离段入口马赫数为2.0,滞止温度和压力分别为950 K和0.82 MPa。定性和定量的验证分析表明,计算结果良好符合试验所反映的物理规律,再现了两种典型的工作模态及其稳焰模式。当量比为0.1时,发动机处于超燃模态,为凹腔剪切层稳焰模式;当量比为0.3时,发动机处于亚燃模态,为凹腔辅助射流尾迹稳焰模式,分离涡的大尺度脉动及凹腔回流区的缺失致使火焰剧烈振荡。同时采用改进的火焰因子和过滤函数详细分析了局部火焰特征和流动模式,观察到了不同规律的局部熄火现象,并且剧烈的流动振荡对于局部火焰结构的稳定性有着不利影响。

基于FW-H方程的涡扇发动机射流噪声特性数值研究

锯齿形喷嘴被认为是一种有效而实用的射流噪声被动控制方法。采用大涡模拟与FW-H方程(Ffowcs Williams and Hawkings Equation)相结合的方法预测圆形喷口和锯齿型喷口的流场和远场噪声。分析锯齿的分布方式以及结构参数对降噪特性的影响。结果表明,尾喷管的射流核心区域温度较高,湍动能值较小,整个核心区域呈现锥形。锯齿型喷口可以有效抑制低频段喷流噪声;仅在内涵添加锯齿结构的喷口降噪效果最好,可以降低整个频段的噪声;齿数增加与切入角变化对降噪效果有一定影响。

基于动态火焰增厚模型气氧/气甲烷剪切火焰燃烧不稳定性的LES研究

为提升对液体火箭发动机中流动诱导燃烧不稳定机制的理解,使用动态火焰增厚模型(DTF)对气氧/气甲烷同轴剪切喷射燃烧试验进行了大涡模拟(LES),考虑了在相同氧燃混合比下的两种燃氧速度比工况,模拟的OH分布与PLIF试验结果吻合良好。燃氧速度比为0.5时,沿流向方向火焰从层流向湍流转变,同时剪切层厚度与褶皱程度均有明显增大。速度比为1.5时,火焰伴随着周期性熄灭和重燃而变得不稳定,通过联合OH与速度分布序列进行本征正交分解(POD),获得了对熄火起主导作用的大尺度相干结构,进一步将重构流场与火焰动态演化联系起来,揭示了流动因素对火焰不稳定性的影响过程。