旋转爆轰燃烧室流场结构及性能分析

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:andyower_2009
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旋转爆轰燃烧室因具有结构简单、体积小、能量转化率高等优点,具有广阔的应用前景。作为一种新概念燃烧室,国内外对其的研究还处于初级阶段,而燃烧室的几何尺寸、结构以及边界条件等因素对于发挥其性能优势具有至关重要的作用。所以,深入分析旋转爆轰燃烧室的流场结构及其影响因素对于加快旋转爆轰燃烧室的研究进程具有重要的意义。  为了系统地分析旋转爆轰燃烧室的流场结构及不同因素对其性能的影响,本文分别在旋转爆轰燃烧室的圆环切面和周向展开面上进行了二维数值模拟,基于密度求解器采用显示格式来求解二维非稳态欧拉方程,忽略了粘性、热传导、扩散等输运效应,分别对采用氢气/空气作为预混气的燃烧室的环形流场及矩形流场中的爆轰波的传播过程进行了分析。本文所作的具体工作如下:  1、在燃烧室的圆环切面上进行二维数值计算,当爆轰波传播稳定时对其环形流场进行了分析。结果表明:在环形爆轰流场中,爆轰波后的爆轰产物因受到高温膨胀以及内外壁面敛散性的作用,具有了向外壁面运动的趋势,从而形成了有利于燃料填充的流场特征;  2、在环形爆轰流场中研究了燃烧室的几何参数对爆轰波的传播特性及其流场结构的影响。结果表明:在本文计算的范围内,燃烧室内外壁面之间的宽度与其内径的比值不大于1/6时,爆轰波后方的爆轰产物区的压力相对较低,也更有利于新鲜预混气的注入;  3、在燃烧室的周向展开面上对其流场结构及性能进行了分析,研究了边界条件对其性能的影响。结果表明:爆轰燃烧室的增压比可达到2.88。燃烧室入口喷注压力的提高会使爆轰波的传播速度逐渐增加,增压比先增加后减小;预混气来流温度的降低有助于提高爆轰波的传播速度和增压比;出口背压对其起爆过程的影响较大;  4、以燃烧室入口端的楔形结构作为障碍物,研究了爆轰波在障碍物中的传播过程,并分别在无障碍的燃烧室和楔形燃烧室内起爆一股或两股爆轰波,对燃烧室的流场结构及工作性能进行了分析。结果表明:楔形结构有助于产生沿着单一方向稳定传播的爆轰波;采用适当的燃烧室入口坡度有助于提高爆轰波的传播速度和燃烧室的增压比;在尺寸较大的燃烧室内起爆双波头有助于提高工作的稳定性,但是会降低其做功能力。
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