有/无凹槽通道内煤油超燃雾化的测量研究

为研究超燃流场中雾化煤油液滴直径分布,针对有/无凹槽(L/D=3)直通道,对煤油在超声速气流中的雾化过程进行了测量。利用纹影法得到雾化流场波系结构,利用平面激光诱导荧光(PLIF)得到煤油扩散范围,基于激光前向散射原理的激光粒度仪,得到液滴直径分布。结果表明,当来流和喷射条件相同,平板通道内的煤油射流穿透深度略大于凹槽通道。液滴直径呈在截面中心小、外侧大趋势,沿外侧的液滴直径波动较中心区大。煤油距喷口30 mm处已完成雾化,雾化区的液滴Sauter直径为4~8μm,凹槽对煤油穿透深度和雾化尺寸无明显贡献。

弯管内爆轰波传播的流场显示和数值模拟

采用激光纹影系统拍摄了爆轰波在不同位置的流场照片．用二阶附加半隐的龙格-库塔法和五阶WENO 格式分别离散欧拉方程时间和空间导数项,用基元反应来描述爆轰化学反应过程,获得了压力、温度、典型组元质量分数分布及数值胞格结构和爆轰波平均速度．结果表明:受壁面稀疏波和压缩波影响,爆轰波阵面发生畸变．但由于弯管曲率半径较大,未出现爆轰波熄灭．靠近凹壁面的激波强度大于凸壁面侧,且凹壁面侧的反应区宽度较凸壁面侧要窄．弯管出口处的三波点数目较入口处减少,爆轰波衰减．在出口直段,受扰动的爆轰波可恢复为自持爆轰波．爆轰波流场、胞格结构、平均爆轰波速度的计算和实验结果定性一致．

气相爆轰波反应区结构的平面激光诱导荧光测量

基于平面激光诱导荧光(PLIF)技术对2H_2+O_2+10Ar的预混气体爆轰波反应区结构进行实验研究.采用高浓度的氩稀释有利于减小爆轰化学反应自发辐射光对OH荧光的影响.合理设置PLIF系统、爆轰波和ICCD之间的同步控制触发延时,得到爆轰波阵面附近的OH荧光分布图像.结果表明:诱导激波后反应阵面不是平面且不稳定.荧光图像上能清晰地看到类似拱顶石的结构,它位于两马赫杆之间,以入射激波、剪切层和反应阵面为边界.无论是在马赫杆后还是在入射激波后,OH浓度分布在诱导区末端急剧增加至最大值.随着离开反应阵面的距离增加,OH浓度快速减小.由于爆轰模式和激光片光方向的影响,从PLIF图像上测得的横波间距值较离散,均小于胞格宽度.

气相爆轰波绕射流场显示研究

采用基于红宝石激光器(波长694.3 nm)的纹影系统,对气相爆轰波绕射进行了初步的流场显示研究。采用单色激光和合适半带宽(15 nm)的滤光片,有效地消除了爆轰波自发光对流场显示的影响。合理设置激光器同步控制系统的触发延时,得到了序列的爆轰波阵面纹影照片。结果表明:图像清晰地显示了爆轰波阵面的诱导激波、横波及化学反应区。当爆轰波在左尖点处绕射,受稀疏波作用,诱导激波与化学反应区明显分离,导致爆轰波衰减为爆燃。分离的诱导激波和折皱的化学反应区在纹影图上清晰可见。诱导激波在垂直支管右壁面反射,诱导二次起爆。畸变爆轰波在水平和垂直支管中均发生马赫反射。提高初压,爆轰波受分叉口几何属性的影响减小,畸变爆轰波在水平和垂直支管下游较易恢复为自持爆轰波。

超声速边界层/混合层组合流动的稳定性分析

利用可压缩线性稳定性理论研究了超声速混合层考虑壁面影响流动时的失稳特性.基本流场选取了具有不同速度特征的2股均匀来流,进入存在上下壁面的流道中.混合层与边界层的距离为1～3个边界层厚度,其中壁面取为绝热壁.分析了该流动在超声速情况下的稳定性特征,同时还讨论了不同波角下的三维扰动波的演化特点,并与二维扰动波进行了比较和分析.研究结果表明,在此流动情况下,边界层流动和混合层流动的稳定性特征同时存在,并互有影响,其流动稳定性特征既有别于单纯的平板边界层,也有别于单纯的平面混合层,呈现出了新的稳定性特征.

小流量气体流量的测量方法及应用

介绍了小流量气体流量测量装置的原理和应用背景,建立了小流量气体测量系统。采用两种实验方法,即质量流量计串连孔板测量法和孔板配合差压测量法,进行了测量,得到小流量拟合公式。比较了不同实验方法的精度和特点。结果表明,第二种方法重复性好,测量精度高。

爆燃波在含内构件管道中传播现象的实验研究

为了评估高温气冷核反应堆热交换器H2泄漏、爆炸的安全性,研究含内构件管道的H2/空气爆燃传播现象,建造了几何相似、尺寸相同的实验管道(真空筒)。分别充入不同初压和当量比H2/空气混合物,在真空筒顶部点火并引发爆燃,利用多通道瞬态压力测量和数据采集系统,记录各测点压力时间曲线。结果表明:对化学计量比H2/空气混合物,在慢化剂室和真空筒顶部空间产生爆燃,邻近测点的压力时间曲线显示了冲击波特征。该冲击波通过慢化剂室和真空筒侧壁的狭缝(2.5 mm),进入含内构件的扩张管道并形成爆燃。冲击波在真空筒端部反射、向后传播并与火焰相互作用,爆炸流场波系复杂。对富油和低初压化学计量比混合物,在慢化剂室和真空筒顶部空间产生燃烧,高温富油燃气的压力上升速率较慢。当燃气通过上述狭缝时,在真空筒突扩空间内再次点火并形成较强爆燃,压力时间曲线显示了冲击波特征及其在端面的反射。

涡轮基双燃烧室超燃组合循环发动机方案研究

针对临近空间飞行器及空天飞行器使用需求,提出了涡轮基双燃烧室超燃组合循环发动机(Turbine-based dual-combustor scramjet combined cycle propulsion,TBDC)概念,由成熟涡轮与双燃烧室超燃冲压发动机并联组成,Ma0～2.5以涡轮模态为主,Ma2.5～6+主要由双燃烧室超燃冲压发动机提供推力。分析了双燃烧室超燃冲压发动机启动马赫数低、工作包线下边界宽域特点对解决涡轮基与冲压级模态转换过程中普遍存在的"推力陷阱"的有效性和双燃烧室技术应用于组合发动机的可行性,研究了双燃烧室发动机适应组合发动机一体化构形和性能保持、统筹组合发动机可调进气功能拓展双燃模态工作边界的技术途径,完成了组合发动机典型状态点性能仿真和关键技术梳理。研究表明,涡轮基双燃烧室超燃组合循环发动机有望在Ma2.5～3实现模态转换、推力顺畅接力,适应Ma0～6+高速宽域飞行需求。

高速冷态气流中煤油雾化现象的实验研究

研究煤油在超声速冷态气流中的雾化现象.利用下吹式超声速风洞产生超声速气流,煤油喷射采用高压氮气驱动,流场显示采用阴影和平面激光诱导荧光(PLIF)方法,改变来流总压和煤油喷射压力,得到了流场阴影照片和煤油荧光光强分布图像.结果表明:结合阴影和PLIF方法,是研究煤油在高速气流中雾化现象的较好方法,PLIF法可精确显示煤油液滴分布,阴影法可显示流场波系,为PLIF法提供补充;射流和来流的动压比越大,穿透深度也越大,射流更容易破碎和雾化,但同时也会诱导更强的激波,造成更大的总压损失;三维、非定常表面波是引起射流柱破碎的重要因素,较大的动压比会加速表面波的发展,增大表面波的振幅,较小的动压比会抑制表面波的发展.