超燃冲压发动机二维凹腔剪切层数值研究(英文)

数值研究了冷流及反应流情况下超燃冲压发动机二维凹腔剪切层的非定常特性。应用混合RANS/LES方法预报非定常流场,该模型很好地捕捉到了非定常大尺度结构并揭示了凹腔剪切层的演化。着重研究了凹腔上游横向喷流和燃烧放热对凹腔剪切层行为的影响。结果表明:凹腔上游横向喷流使凹腔剪切层增厚并上抬,同时减弱了剪切层与凹腔后壁的撞击,明显抑制了凹腔-剪切层自激振荡;燃烧发生后,凹腔剪切层进一步上抬,凹腔自激振荡大幅减弱,同时压力振荡转到相对较低的频率。

凹腔喷射超声速燃烧火焰结构实验研究

为加深对凹腔喷射超声速燃烧火焰结构的认识,利用OH基自发辐射成像和PLIF技术对凹腔上游横向喷注氢气的超声速燃烧流场进行研究。结果表明,火焰主要分布在凹腔剪切层附近及喷流内部,喷口附近没有火焰;燃料喷注当量比、燃料喷注位置及凹腔构型对火焰分布和火焰强度影响较大,在设计燃烧室时应加以考虑。

超燃冲压发动机稳焰凹腔流场结构数值仿真

凹腔是一种常用的超燃冲压发动机火焰稳定装置,在超燃冲压发动机的设计过程中准确了解凹腔在不同飞行速度下的性能表现是十分重要的,由于凹腔内流体运动非常复杂掌握凹腔结构参数对凹腔内流场结构的影响是比较困难的。采用数值模拟对超声速凹腔流场结构进行了分析,着重研究了来流马赫数和凹腔长深比对凹腔剪切层增长特性的影响。研究表明,马赫数和凹腔长深比增大均导致凹腔剪切层增长率下降;马赫数对凹腔剪切层的影响和其对自由剪切层的影响类似,而长深比对凹腔剪切层的影响近似呈线性变化,且涡量厚度和可视厚度具有相似的变化特点;剪切层中心线的也同时受来流马赫数及凹腔长深比的影响。基于参数化计算结果,并借鉴自由剪切层增长率的建模思路和方法,成功建立了一个考虑了马赫数和长深比影响的超声速凹腔剪切层增长率预测模型,并用数值仿真的结果进行了模型的精确度验证。

不同隔板构型下的超声速混合层流场特性

利用实验和数值仿真相结合的方法,对Ma1=1.5,Ma2=2.5,T0,1=300K,T0,2=1200K,压力匹配(p1=p2=86kPa)条件下的超声速混合层在不同隔板构型下的流场特性进行了研究。实验中发现在隔板上开凹腔对于混合层具有一定的混合增强效果,且凹腔长深比越大,这种效果越显著。对于尾缘交错分布的隔板,混合层流场显现出强烈的非定常性,且极大地增进了混合。通过相应的数值仿真发现,凹腔隔板的增混机制在于凹腔剪切层的再附着,而交错隔板则在于促进了大尺度流向涡的产生。