气氢气氧同轴剪切喷注器燃烧流场的PLIF测量及仿真研究

为探究同轴剪切气气喷注燃烧火焰结构及验证仿真方法的可行性,利用RANS方法对实验工况进行了计算,得到了燃烧室温度和OH分布,以及流场结构。并通过实验,利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术测量了透明燃烧室内气氢气氧同轴剪切喷注燃烧火焰的激光诱导OH荧光,得到了火焰结构图像。实验结果表明,在燃烧室前端形成了回流区和结构稳定的剪切燃烧层,在剪切和回流的共同作用下形成了OH尖峰。随OH尖峰下游湍流涡的发展,火焰结构产生褶皱,使燃烧得到了加强。将仿真和实验结果进行对比发现,两者剪切燃烧层位置最大相差0.6mm,OH尖峰轴向位置相差2mm,径向尺寸均为7mm。仿真和实验结果吻合较好,利用该仿真模型对实际情况进行预测是可行的。

高湿氢氧喷注器数值分析与正交设计

采用基于数值模拟的正交实验优化设计方法对应用于氢氧蒸汽发生器的高湿氢氧同轴剪切喷注器进行研究,分析燃烧室流场、温度场和组分分布情况.以燃烧长度作为燃烧性能评价指标,以燃烧室壁面平均温度作为壁面热负荷的评价指标,研究氧气喷注速度（20~40m/s）、高湿氢氧速度比（3~7）和氧喷嘴端面厚度（0.5~1.5mm）对高湿氢氧燃烧器燃烧性能和燃烧室壁面热负荷的影响.结果表明：燃烧室头部存在利于点火和维持稳定燃烧的回流区,高湿氢气和氧气射流之间存在高温剪切燃烧层.高湿氢氧速度比对燃烧性能和燃烧室壁面热负荷的影响最为显著,氧喷注速度次之;而氧喷嘴端面厚度影响对燃烧性能和燃烧室壁面热负荷的影响均不明显.增大氧气喷注速度和速度比会缩短燃烧长度,提高燃烧性能,但同时增大燃烧室壁面热负荷.高湿氢氧速度比和氧气喷注速度的交互作用对燃烧性能、燃烧室壁面热负荷的影响显著,其他参数交互作用产生的影响都非常小.在所研究的工况范围内,最短燃烧室长度为68mm,最低壁面温度燃气温度为1 966.9K.

速度比对气-气喷嘴燃烧性能的影响

为研究应用于全流量补燃循环发动机的气-气喷嘴,开展气氢/气氧为推进剂的同轴剪切喷嘴的热试试验研究。通过测量燃烧室压力和燃烧室壁面温度,研究氢氧速度比变化对燃烧效率和对燃烧室热载荷的影响。结果显示燃烧效率受到速度比和推进剂喷射绝对速度的影响;燃烧室热载荷随速度比增大而增大。气-气喷注器的设计应选择小的氧喷注压降和适合的速度比。