基于液滴高压蒸发理论的变时滞燃烧室动力学建模与研究

为实现燃烧室组件的精确建模及其动力学特性的仿真研究,以零维时滞燃烧室模型为基础,考虑燃烧室内喷射、雾化、蒸发、混合、化学反应过程,采用针栓喷注器SMD(Sauter Mean Diameter,索特尔平均直径)经验关联式以及液滴高压蒸发理论对液氧/甲烷推进剂组合的燃烧时滞进行求解,建立了基于液滴高压蒸发理论的变时滞燃烧室模型。基于1 kg/s级推力室开展热试车验证了变时滞燃烧室模型的准确性,结果表明:所建立的变时滞燃烧室模型可以较为准确地预测燃烧室的压力以及温度动态响应过程,与试验结果相比,稳态压力以及温度误差均在6%以内,压力参数动态响应时间的误差在14%以内,仿真结果具有较高的精度。基于变时滞燃烧室模型开展仿真研究,研究发现:液氧液滴初始粒径以及燃烧室温度作为影响液氧液滴寿命的主要因素,主导着液氧时滞的变化;变时滞模型可以根据工况参数动态计算推进剂燃烧时滞,启动初期喷注器雾化效果较差,液滴最大粒径达到800μm,且燃烧室温度低,进而导致燃烧时滞偏大,最大达到了1100 ms,约为稳定工作状态下燃烧时滞的40倍。本文所建立的变时滞燃烧室模型可根据工况参数对燃烧时滞进行动态计算,相较于传统时滞模型,其燃烧时滞的变化趋势更符合发动机实际工作过程,同时其室压的响应时间、稳态值也更接近实验值,该模型未来可为实际发动机时序设计等提供仿真支撑。

超声场中正庚烷液滴火焰抬升机制

为了揭示超声对液体燃料燃烧的影响机制,采用高速摄影仪、纹影仪和激光诱导荧光(PLIF)等测试手段对超声场中液滴燃烧过程的相关参数进行了测量.并结合有限元模拟软件COMSOL MULTIPHYSICS,分析了正庚烷液滴在超声作用下的自由基分布以及蒸发燃烧特性.结果表明,超声对火焰形状、燃烧速率以及自由基分布有着显著的影响,其中超声声辐射力促进流动与蒸发是影响液滴燃烧的重要因素之一,超声通过改变蒸气的聚集形态进而影响火焰.进一步研究发现,超声对液滴燃烧特性的影响与声场的分布直接相关,且波节与波腹对液滴燃烧的促进与抑制效果明显不同.本研究在一定程度上揭示了超声波影响液体燃料燃烧的机制,证实了超声波在稳燃以及燃烧调控方面的可行性.