超高速内流壁面边界层惰性工质喷注减阻仿真研究

针对高马赫数超燃冲压发动机的超高速内流环境条件,开展模拟超高速来流条件下内流平壁边界层惰性工质喷注及减阻作用机制仿真分析。分析了典型超高速入流条件下内流特征与壁面摩阻特性,重点针对CO_(2)和H2O工质喷注研究不同喷注参数对壁面摩阻、边界层特性的影响,总结分析边界层喷注惰性工质的减阻作用机制与路径。结果表明,边界层喷注射惰性气体可在短距离内产生明显减阻效果,减阻比例可达40%~60%,后随着距离增加迅速消失;而随着喷注温度降低和喷注质量流量比的升高,减阻效果呈上升趋势,但存在极限;边界层喷注惰性工质减阻机制主要来源于喷注气膜自身的低粘和低温效应,降低壁面上流体黏度,从而降低壁面摩擦阻力系数。但同时喷注流质本身动量输入会改变边界层内部流动结构,从而增强主流对壁面上流体的动量输入,增加壁面上流体的速度梯度,对减阻带来负面影响;因此相同条件下边界层喷注CO_(2)相较H2O喷注效果更好,原因即是相同条件下边界层喷注H2O会使喷注气膜具备更高的动量,明显增加壁面上流体速度梯度,进而对减阻产生不利影响。