填充系数对脉冲爆震发动机性能影响分析

推导了守恒元与求解元(CE/SE)方法的计算格式,用于对几种不同填充系数的脉冲爆震发动机内流场进行计算,发现CE/SE方法是一种较好的爆震波模拟方法,能够有效地捕获爆震波等强间断。计算结果表明:填充系数对脉冲爆震发动机性能影响较大,填充系数越大,产生的平均推力就越大、比冲越大;减小填充系数可以增加燃料的效率。计算结果对改进或优化脉冲爆震发动机性能具有一定的参考价值。

雾化混合对气液两相脉冲爆轰发动机工作过程的影响

为了研究雾化混合对脉冲爆轰发动机工作性能的影响,建立了气液两相爆轰欧拉-拉格朗日模型,气相采用时空守恒元与求解元方法求解,液相采用四阶龙格库塔法求解。计算结果表明,雾化后液滴的索泰尔平均半径小于某临界值时,可形成稳定的爆轰波。加快填充速度时,轴向进气比径向进气更有利于液滴雾化和两相混合,且点火起爆距离和时间缩短。

脉冲爆震发动机内轴对称压力场研究

为了研究脉冲爆震发动机内压力波系的特点,推导了二维时空守恒元与求解元(CE/SE)方法,将该方法用于无喷管和带收敛扩张喷管2种脉冲爆震发动机内流场的计算中.计算结果表明,脉冲爆震发动机由于爆震波的存在使其内压力出现强间断;带收敛扩张喷管的脉冲爆震发动机由于喷管的存在,发动机内压力场由爆震波及其后产生的一系列反射压缩波和膨胀波相互作用、相互叠加而成.计算结果对脉冲爆震发动机的机理及流场特性研究具有重要的参考价值.

气液两相脉冲爆轰发动机的建模和仿真

研究脉冲爆轰发动机喷射混合装置设计问题,针对两相爆轰流场中燃料液滴半径和数量实际上分布的不均匀性,为了建立更符合实际的模型,提出了气液两相爆轰的欧拉-拉格朗日模型,对气相采用CE/SE方法求解,液相采用四阶龙格库塔法求解。得到了液滴在爆轰管内的分布及对管内流场的影响。分析了填充速度和点火能量,不同液滴半径,单液滴粒径模型和Rosin-Rammler分布模型对燃烧转爆轰过程的影响。仿真结果表明,减小液滴半径,提高气液混合均匀程度和加快填充速度(点火能量足够大时)都可缩短点火起爆距离和时间,并为脉冲爆轰发动机提供了设计依据。

含铝汽油/空气多相爆轰机理仿真计算

为了探究含铝汽油/空气多相爆轰的作用机理,建立了气、液、固多相流动与燃烧的数学物理模型,并采用守恒元与求解元计算方法对其进行了数值模拟。基于数值计算结果,分析了含铝汽油燃料的燃烧转爆轰过程,比较了不同液滴初始半径和铝质量分数下含铝汽油的爆轰参数。计算结果表明,含铝汽油液滴初始半径越小,形成稳定爆轰所需距离越短,爆轰过程中累积的铝粉体积分数越大;当液滴初始半径大于约100μm时,不能形成自持传播的爆轰波;随着铝质量分数增加,形成稳定爆轰所需距离更长,爆轰压力、温度和速度均增大,但增幅减小。研究结果对含铝液体燃料推进剂特性研究和应用具有重要意义。

等离子体发生器内外流场数值模拟

采用守恒元与求解元(CE/SE)方法对耦合的流体力学方程和麦克斯韦方程求解,同时对等离子体发生器内部流场和外部射流过程进行了数值模拟,讨论了等离子体射流的形成过程和内外流场不同时刻温度、压力、马赫数的变化。结果表明,随着电流的增大,等离子体的温度升高,马赫数增大,最高温度出现在靠近阴极的中心轴线附近;等离子体射流过程的温度随时间而变化,发生器内外流场相互影响,在射流范围内形成高温高速区域。

等离子体射流对PDE快速起爆影响的数值仿真

在发动机爆轰管内快速优化点火起爆问题的研究中,产生稳定的爆轰波可使发动机获得稳定的推力。为明确上述过程,采用等离子射流快速起爆,建立多相爆轰模型,应用高精度CE/SE方法数值求解,研究等离子体射流对脉冲爆轰发动机起爆过程的影响。仿真结果表明:等离子体射流点火方式能很好的实现燃烧转爆轰过程,并形成稳定的爆轰波。射流能量和时间对燃烧转爆轰有显著的影响,当等离子体射流充分点燃可爆混合物,继续增加射流能量和时间对燃烧转爆轰影响较小。仿真结果对脉冲爆轰发动机的实验与设计均具有重要指导。

考虑燃料雾化的气液两相连续旋转爆轰数值模拟

为研究气液两相连续旋转爆轰发动机燃烧室内爆轰波的传播特性,以汽油为燃料,富氧空气为氧化剂,建立了欧拉-拉格朗日模型进行二维数值仿真,其中气相方程采用时空守恒元与求解元方法求解,液相方程采用标准四阶龙格库塔法求解。在两相旋转爆轰模型还考虑了液滴雾化破碎过程。计算结果表明:起爆后形成的初始爆轰波经过初始燃料填充区域后逐渐衰减,随后入口附近新生成的压力波经过一系列发展形成了自持稳定传播的旋转爆轰波;旋转爆轰波的传播模态受燃料与氧化剂的喷注压力和氧化剂填充比影响,在不同工况下旋转爆轰波呈现出4种传播模态,即稳定单波模态、稳定双波模态、不稳定双波模态和不稳定单波模态;在双波模态工况下,燃烧室内初始只形成1个爆轰波,后由入口附近局部爆炸产生的压力波发展为新的爆轰波,转化为双波模态后爆轰波的强度略有下降,但燃烧室整体推力更加平稳。

气相与液相两相连续旋转爆轰发动机二维数值模拟

为了研究气相与液相两相连续旋转爆轰发动机爆轰波传播特性及内流场结构,建立气相与液相两相爆轰欧拉-拉格朗日模型,模型中考虑了液态燃料的喷射雾化过程。采用时空守恒元与求解元方法和标准4阶Runge-Kutta法分别求解气相和液相控制方程,并对计算得到的燃烧室内流场参数分布进行分析。计算结果表明:最终在燃烧室入口附近形成了连续传播的旋转爆轰波;爆轰波和斜激波分别造成了入口边界和出口边界上的参数间断;旋转爆轰波在传播过程中强度会不断变化。

气体与液体两相连续旋转爆轰波二维数值模拟研究

为研究汽油与富氧空气两相连续旋转爆轰发动机的工作特性,使用非结构化三角形网格守恒元与求解元(CE/SE)方法对气体与液体(简称气液)两相连续旋转爆轰波进行了二维数值模拟。通过数值模拟获得连续旋转爆轰波传播的不同模态,研究了进气总压和当量比对两相连续旋转爆轰波的影响,分析了不同模态下连续旋转爆轰发动机的工作特性,并对数值模拟结果进行了试验验证。结果表明:液滴的蒸发和剥离过程,延缓了液滴燃料的燃烧,导致了两相爆轰压力和温度的不完全耦合,降低了两相爆轰波的传播速度;当量比对连续旋转爆轰波的传播模态影响较大,当量比越低、越容易形成单波模态,当量比越高、越容易产生多个波头;单波模态的爆轰波压力和传播速度波动最小,双波模态居中,三波模态波动最大;发动机推力波动规律与压力波动规律相反,单波模态推力波动最大,双波次之,三波模态推力波动最小;计算所得旋转爆轰波波速与试验结果吻合较好,旋转爆轰波流场与实验研究定性一致。数值研究方法发展了非结构化CE/SE算法,研究结果对气液两相连续旋转爆轰发动机的试验研究和工程应用具有一定的指导意义。

当量比及氧化剂含氧量对凝胶汽油爆轰过程的影响

为了研究化学当量比和氧化剂含氧量对凝胶汽油/气相氧化剂两相爆轰过程的影响,建立了考虑组分的凝胶汽油/空气三维两相爆轰模型,并采用守恒元与求解元方法对脉冲爆轰发动机管内爆轰过程进行了数值仿真,分析了当量比和氧化剂含氧量对爆轰波形成时间、形成距离、爆轰波压力峰值和爆轰波传播速度的影响。数值研究结果表明,当量比α小于1.15时,随着当量比的增大,脉冲爆轰发动机管内形成爆轰波所需的距离和时间缩短,爆轰波的压力峰值和传播速度增大,当量比α=1.15时形成爆轰波所需的距离和时间分别为0.288 m和278.0μs,爆轰波压力峰值和传播速度分别为1.85 MPa和1437 m·s^-1;随着氧化剂含氧量β的增大,爆轰波的压力峰值和传播速度增大,当氧化剂含氧量β由23%增大至48%时,爆轰波的压力峰值由1.85 MPa增大至2.85 MPa,传播速度则由1437 m·s^-1增大至1868 m·s^-1。

化学激光器燃烧室中的爆轰问题分析

为评估化学激光器燃烧室中爆轰的影响,分析了氟化氘(DF)化学激光器在某次出光实验中燃烧室产生的爆轰问题,采用时空守恒元与求解元(CE/SE)方法对该爆轰过程进行了数值模拟。结果表明,燃烧室中爆轰的产生与传播使得燃烧室瞬态压力剧增,由此产生的振动、冲击和扭矩作用导致光学谐振腔失调,从而影响了激光器的正常出光。研究结果对DF激光器的优化设计及安全运行具有指导作用。

化学激光器喷管列阵入口流场的数值模拟(英文)

为了研究化学激光器喷管列阵入口流场的变化特性,建立了适合于该流场特点的数学物理模型。该模型以化学激光器实验装置为基础,其喷管列阵分别由3个和4个单独的喷管构成。应用二维黏性守恒元与求解元(CE/SE)方法对该数值模型进行了计算模拟。结果表明,CE/SE方法能有效地模拟该流场中高温燃气的流动过程;流场达到稳定后计算得到的相关参数与实验结果基本吻合;对单一的喷管而言,流场中的相关参数(如压力、速度等)分布具有一定的对称性,其结果可以扩展至由更多单一喷管组成的喷管列阵。

进气温度和当量比对脉冲爆轰发动机工作过程影响

为了研究进气温度和当量比对脉冲爆轰发动机工作过程的影响,建立了带简单化学反应的气液两相爆轰欧拉-拉格朗日模型,使用二维时空守恒元与求解元(CE/SE)方法和变步长4阶龙格-库塔法分别求解气液两相爆轰方程.计算结果表明:提高进气温度,能加速液滴雾化、蒸发,缩短燃烧转爆轰距离和时间,但是会降低爆轰波的峰值压力;当量比小于1.1时,增加当量比,能缩短燃烧转爆轰距离和时间,提高爆轰波的峰值压力,加快爆轰波传播速度;当量比大于等于1.1时,增加当量比,能小幅提高爆轰波速传播度和缩短燃烧转爆轰距离和时间,但对爆轰波的峰值压力影响很小.

文氏管对气液两相脉冲爆轰发动机工作过程影响的数值模拟

为研究文氏管对脉冲爆轰发动机内雾化混合和爆轰过程的影响,建立了气液两相爆轰的欧拉-拉格朗日模型,其中气相采用时空守恒元与求解元方法求解,液相采用四阶龙格库塔法求解。计算结果表明:文氏管能加快液滴雾化、两相混合,缩短点火起爆距离和时间;并且喷嘴安装在文氏管喉部时点火起爆距离和时间最短。研究结果可为脉冲爆轰发动机的优化设计提供参考。