改型对剑形深波谷交变波瓣喷管射流掺混的作用

结合现有交变波瓣喷管的特点对基准波瓣喷管进行处理,设计了一种新型交变波瓣喷管——剑形深波谷交变波瓣喷管.采用数值方法研究了扇形处理和斜切处理对剑形深波谷交变波瓣喷管射流掺混的作用.结果显示,随着扇形处理和斜切处理各自改型程度的增加,波峰尾流区掺混速度变快,而核心区主流完全掺混所需距离略有增加.斜切处理促进掺混能力优于扇形处理,扇形处理后引射能力和流动损失基本不变,斜切处理后引射能力和流动损失稍有减小.计算结果还表明流向涡的形态对掺混效率的影响大于流向涡的强弱.

采用射流掺混增强的前可调面积涵道引射器数值模拟

为了提高风扇外涵和核心机驱动风扇级外涵流体的掺混效率,提出一种采用射流掺混增强的前可调面积引射器设计方案。通过数值模拟的手段对流量特性、流动掺混和总压损失等方面进行了研究,并同基准模型进行了对比分析,结果表明:采用波瓣混合器结构的前可调面积引射器设计,显著地增加了较高出口背压工况下风扇外涵的流通能力;新的设计方案不仅没有增加低出口背压工况下的总压损失,还减小了高背压出口工况下的流动损失;流向涡的特征尺度是提高掺混效率的关键,可以进一步优化波瓣混合器几何轮廓,以满足调节机构对结构设计的要求。

脉冲能量沉积对超声速射流/激波相互作用掺混的控制研究

为探究超声速射流掺混增强的有效控制方法,基于二维非稳态雷诺平均Navier-Stokes方程,研究了脉冲能量沉积对超声速射流与斜激波相互作用后增强掺混的控制机理和规律。宽度为5 mm的低密度平面射流同向完全膨胀射入马赫数为2.5的主流中,并与20°压缩斜面所产生的斜激波相互作用。在流场中引入脉冲能量沉积对射流掺混进行控制,并考虑射流马赫数、射流长度、能量沉积位置及激励频率对掺混效果的影响。对比激励流场与基础流场,结果表明:脉冲能量沉积的加入诱导射流形成大尺度涡结构,显著提高射流的掺混效果;能量沉积位置对于不同马赫数射流的掺混增强具有不同的控制效果;激励前后射流宽度的对比表明,脉冲能量沉积的无量纲激励频率在0.22附近时,可使得射流的掺混效果最佳。

等离子体增强射流掺混的激励参数影响研究

为提高火箭发动机推进剂掺混效率,探究等离子体对单股矩形射流掺混特性的影响,设计了等离子体射流发生与控制系统。使用粒子图像测速技术测量了表面介质阻挡放电等离子体激励器对单股空气射流掺混特性的影响。相比无激励工况,激励电压为5、6和7kV时,射流宽度随电压升高而变大,射流中心线速度衰减率最大提高20%左右;脉冲频率增加,射流宽度增大程度增加,衰减明显,掺混特性增强;激励电压和脉冲频率固定时,改变占空比,在50%～70%的区间内射流速度衰减最强,射流宽度最大。

掺混孔结构对大曲率受限空间出口温度分布的影响

回流燃烧室的掺混射流在大曲率受限的弯管中与主流掺混,回流导致沿径向的压力梯度变化,增加了掺混流动的复杂性。为了研究不同掺混孔结构对掺混射流与主流在大曲率弯曲通道内的掺混规律,在有收缩比弯曲通道中多孔射流的出口温度分布测试中,对影响掺混冷却的各变化参数按照单一变量进行比对研究,对孔径、孔间距等掺混孔结构变量弯曲通道内的掺混效果进行分析,选择一种结构在三头部回流燃烧室进行了出口温度场的分布初步验证,得到了比较均匀的燃烧室出口温度分布,所得的规律可以作为回流燃烧室的掺混结构设计和优化的参考依据。

掺混孔参数影响燃烧室出口温度场的计算方法

合理的温度场分布是燃烧室设计的主要问题之一.在气动计算基础上,借鉴有关流动和射流穿透经验关系,依据发动机工况及试车测试数据,针对某型发动机燃烧室,进行了通过改变掺混孔孔径调整出口温度场分布的计算方法研究.利用气动函数结合流阻法进行流动参数计算,采用气动方法计算射流穿透深度和掺混温度,得出相应掺混孔改变量与掺混气变化量及相应燃烧室出口截面处的温度变化量.提出一种比拟法,预估改变掺混孔孔径后燃烧室出口温度的变化情况,并给出根据出口温度要求预估燃烧室需要调整的掺混孔位置及尺寸,为实验调试提供计算依据.

进口预旋条件下波瓣混合器强制掺混机理

以波瓣混合器为研究对象,通过试验和数值计算的方法研究了其强制射流掺混的机理及进口预旋对射流掺混的作用机制。结果表明:κ-ωSST模型能较好地模拟波瓣射流掺混过程;波瓣贯穿区径向压力梯度所诱导的大尺度流向涡在射流掺混过程中起支配作用;与轴向进气工况相比,进口预旋导致附加流向涡对及中心锥下游回流区的形成,强化了射流涡系间相互作用,加速了射流掺混过程。

交变波瓣喷管高效掺混机理

结合现有交变波瓣的特点对基准波瓣喷管进行处理,设计了一种新型波瓣喷管——剑形深波谷交变波瓣喷管。采用数值方法对基准波瓣喷管、平端面交变波瓣喷管、斜切交变波瓣喷管、剑形深波谷交变波瓣喷管、斜切交变波瓣喷管扇形处理的射流掺混进行模拟,研究了交变波瓣喷管高效掺混的机理。结果表明,交变波瓣喷管除了深、浅波谷之间的尾流区和较小的核心区代替了基准波瓣喷管较大的核心区以外,在侧壁尾流区产生更饱满的流向涡,以及深波谷端次流前锋的刺入或在深波谷端产生流向涡,都对提高掺混效率起重要作用。交变波瓣喷管射流掺混中横向流动程度越大造成的流动损失越大,其关系为初始流向涡量每增加0.1,总压恢复系数将减小0.0001。

燃烧室纵向压力振荡对燃料掺混过程的影响

对于气/气同轴剪切喷嘴,推进剂通过射流剪切过程产生的相干涡实现掺混,这一过程不仅决定了下游燃烧释热分布情况,也容易受到燃烧室压力振荡的影响,研究上述问题对于认识高频燃烧不稳定问题具有重要意义。主要通过非定常燃烧流场仿真,给出了不同稳定性工况下单喷嘴燃烧室纵向压力振荡过程以及相应时刻涡量场,对比分析了不同幅值压力振荡对燃料射流掺混过程的影响规律,并结合轴向平均温度及燃烧释热分布,讨论了主要燃烧释热区集中程度和相对波腹位置与稳定性之间的关系。研究表明:燃烧室压力振荡会显著影响气态燃料射流掺混过程,造成相干涡结构横向抖动加剧,使相应的释热和温度分布更靠近喷注面附近的声振波腹区,而喷嘴出口射流动能的增加会使燃烧释热区沿轴向更加散布,有利于稳定性的提高。

在流动水体中周边射流的稀释

本文提出用带活动盖板的喷口形式防止海水与泥沙入侵甚至破坏水下放流系统,并增加污水出口初始稀释度。应用自相似假说分析得到了这种喷口形成的水平周边射流的最大速度衰减率为r^(-1.5),由此根据运动叠加原理推导了在流动水体中近区污水场形状和稀释度的计算公式。同时从紊动混合的机理出发推导了污水场后续扩散与稀释的计算公式。实验证明水平周边射流比垂直自由射流初始稀释度大很多,且污水出露点大为远移。

超高压泵外加砂装置设计与特性仿真

油田压裂作业过程中,由于压裂泵泵送带磨砺性介质的压裂液,泵液力端磨损严重。设计一种基于射流掺混的超高压泵外加砂装置,并利用数值模拟方法对泵外加砂装置进行超高压大排量压裂作业工况仿真分析,包括抽吸特性和压降特性。结果表明:随着喷嘴直径的增加,抽吸特性与压降特性均逐渐减弱;随着面积比的增加,抽吸特性逐渐减弱但幅度非常小,而压降特性却逐渐增强。该研究成果为泵外加砂装置在压裂领域应用提供了理论指导。

进气装置对燃烧室内流场的影响研究

针对采用双轴向旋流器的单头部矩形燃烧室模型,利用粒子图像测速仪(PIV)技术测量了常温常压状态旋流器下游速度场,分析PIV瞬态结果,研究了上下射流之间的相互作用对流场的影响。结果表明,速度场变化剧烈,上下射流的相互作用影响回流区和二次区的形成,回流区和二次区涡的运动有明显的三维特征;同向旋流器下游速度场对称性好,回流区轴向延伸更大,主燃射流倾角更大;而反向旋流器下游掺混射流速度较大,射流穿透性更强。