基于凹槽火焰稳定器的煤油超声速燃烧试验

在直联式超声速燃烧试验台上进行了煤油的超声速燃烧试验，使用了4种不同结构的凹槽火焰稳定器和多种直径的煤油喷嘴，煤油当量比0．24～1．32，引导氢当量比0．53，在多种工况下均实现了煤油的成功点火和稳定燃烧．通过测量燃烧室壁面静压分布比较不同工况下煤油燃烧性能．研究发现：凹槽结构对煤油的点火性能影响较大，较大的凹槽长深比更有利于煤油的点火，部分凹槽能在无引导氢条件下实现煤油自燃点火；试验中使用的4种凹槽均有较好的火焰稳定效果，煤油燃烧时燃烧室壁面压力平稳；煤油当量比是影响煤油燃烧性能的最主要因素．在煤油当量比相同的条件下，较高的喷注压力能够提高煤油的燃烧性能．

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。

前置肋片对凹槽火焰稳定器混合特性的影响

将前置肋片结构应用于超声速凹槽火焰稳定器中,数值模拟研究了前置肋片对凹槽火焰稳定器混合特性的影响.结果表明:与传统结构相比,在凹槽稳定器中加入前置肋片,能减小总压损失,增大凹槽内外喷口的穿透深度,并获得更为均匀燃料分布,有利于燃烧组织.

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。

应用气泡雾化喷嘴的煤油超声速燃烧试验

在直联式超声速燃烧试验台上应用气泡雾化喷嘴,煤油当量比0.97和0.33分别使用氢气、空气和氮气为起泡气体进行了煤油超声速燃烧试验.在多种工况下实现了煤油的稳定燃烧.研究发现:凹槽火焰稳定器通过制造高温低速漩涡区增加煤油在燃烧室内的停留时间,并使煤油得到充分加热从而实现煤油的点火和稳定燃烧.通过气泡雾化喷嘴加入少量氢气,由于氢气进入燃烧室后迅速自燃释放热量,能够提高煤油的燃烧性能,使得煤油能够在无凹槽火焰稳定器的条件下稳定燃烧.