單邊擴(kuò)張型超聲速燃燒室凹腔流動與燃燒的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文以單邊擴(kuò)張型超聲速燃燒室凹腔火焰穩(wěn)定器的冷流和燃燒流場結(jié)構(gòu)為研究對象，采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，重點(diǎn)關(guān)注凹腔布置位置（擴(kuò)張面或水平面）、擴(kuò)張傾角對穩(wěn)焰凹腔冷流流場結(jié)構(gòu)和燃燒組織的影響。
　　對在燃燒室不同位置布置凹腔的冷流流場進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和二維大渦模擬研究并對比了擴(kuò)張傾角的影響。結(jié)果顯示，相較于等直燃燒室，擴(kuò)張型燃燒室內(nèi)凹腔剪切層向凹腔內(nèi)部偏轉(zhuǎn)，并且擴(kuò)張傾角愈大，這種趨勢愈加明顯；擴(kuò)張傾角的改變會影響凹腔剪切層撞擊激波的強(qiáng)

2、度以及凹腔內(nèi)主回流區(qū)的大小，但對主要的流場結(jié)構(gòu)影響不大。
　　研究了凹腔上游橫向噴注燃料的無反應(yīng)噴流流場。燃料噴流柱經(jīng)過凹腔時(shí)，只有小部分背風(fēng)區(qū)的燃料在凹腔剪切層作用下卷吸進(jìn)入凹腔內(nèi)部，大部分燃料跨過凹腔進(jìn)入下游區(qū)域，流場中的激波波系與燃料噴流相互作用有利于燃料噴流混合層的失穩(wěn)及燃料-空氣混合；與等直燃燒室相比，3.5度燃燒室凹腔剪切層向凹腔內(nèi)部偏轉(zhuǎn)，燃料噴流也在主流的作用下和剪切層偏轉(zhuǎn)的誘導(dǎo)下向凹腔內(nèi)部偏轉(zhuǎn)，同時(shí)與凹腔剪切層的相

3、互作用更強(qiáng)，這有利于凹腔內(nèi)外的質(zhì)量與能量交換；3.5度燃燒室總體的混合效率和總壓損失較低。
　　采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究了凹腔上游橫向噴流的燃燒流場結(jié)構(gòu)和燃燒區(qū)分布規(guī)律。結(jié)果顯示，對于同一擴(kuò)張傾角，水平面布置凹腔時(shí)凹腔內(nèi)部的燃燒相對擴(kuò)張面布置凹腔時(shí)較弱，同時(shí)燃燒區(qū)及壓力峰值位置稍微偏向下游；適當(dāng)增加凹腔的尺寸可以明顯擴(kuò)展燃燒區(qū)的分布范圍，提高凹腔內(nèi)部及下游的壓力；與等直燃燒室相比，3.5度燃燒室燃料噴流更加偏離下壁面而深入主流，燃料