学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

超燃冲压发动机多凹腔燃烧室燃烧与流动过程研究

作　者: 潘余
导　师: 王振国
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 超声速燃烧超燃冲压发动机凹腔多凹腔燃烧室内阻燃烧流动过程
分类号: V231.2
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 645次
引　用: 12次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文以超燃冲压发动机多凹腔燃烧室为研究对象,采用实验与数值仿真相结合的方法,对多凹腔燃烧室冷流流场、燃烧流场、工作过程和阻力特性进行了研究。在冷流条件下,研究了不同凹腔布置方式下多凹腔燃烧室在有/无喷流时的流场结构。结果表明:凹腔串联布置时,上游凹腔和燃料射流改变了下游凹腔的来流条件,增强了下游凹腔与主流间的交换过程;凹腔并联布置时,凹腔间波系的相互作用和射流与凹腔的相互作用,有利于凹腔自由剪切层发展,加快了燃料的扩散混合。在气体/液体燃料喷流的燃烧状态下,研究了不同凹腔布置方式下多凹腔燃烧室流场结构。研究发现:凹腔仅与壁面附近来流相互作用,凹腔与上游燃料射流的相互作用过程决定了放热区分布;凹腔并联布置时,凹腔前/后缘激波和相对分布的放热区增强了燃烧和火焰稳定;凹腔串联布置时,上游凹腔能够延长燃料驻留时间、加速燃料着火,下游凹腔能够提供持续的点火源,并促进上游凹腔对燃料的加热和预燃。采用高速摄影和高速纹影对燃烧室内着火、火焰传播和熄火过程进行了研究。实验发现:上述过程与达到燃料着火条件的区域的动态变化相关;火焰能随分离区的变化而逆流传播,或者以燃料自燃或被湍流扩散火焰点燃的形式实现横向传播。利用直连式试验台推力测量系统,在等截面多凹腔燃烧室中,对不同凹腔布置方式下有/无反应流时的多凹腔阻力特性进行了试验研究。分析表明:在无反应流时,凹腔阻力主要由自由剪切层撞击在凹腔后壁的影响区域决定;在有反应流时,凹腔阻力主要由凹腔附近放热区的分布决定;凹腔越多阻力越大,但在高当量比时燃烧阻力小于冷流阻力。基于多凹腔燃烧室燃烧与流动过程研究的结果,提出了一种多凹腔燃烧室设计方法,为提高超燃冲压发动机燃烧室性能奠定了一定的技术基础。

全文目录

目录  5-9
表目录  9-10
图目录  10-16
摘要  16-17
ABSTRACT  17-19
符号说明  19-21
第一章绪论  21-41
  1.1 研究背景与意义  21-22
  1.2 超声速燃烧研究发展综述  22-30
    1.2.1 超燃冲压发动机研究发展简史  22-23
    1.2.2 超声速燃烧关键技术研究  23-30
  1.3 凹腔组织超声速燃烧研究现状  30-38
    1.3.1 单凹腔在超声速燃烧中应用研究  30-35
    1.3.2 多凹腔在超声速燃烧中应用研究  35-37
    1.3.3 深入研究的内在需求  37-38
  1.4 论文主要研究内容  38-41
第二章试验系统装置与数值模拟方法  41-59
  2.1 燃烧试验系统  41-48
    2.1.1 D-3直连式试验台  41-43
    2.1.2 多凹腔机理研究发动机燃烧室  43-44
    2.1.3 实验测量与控制系统  44-45
    2.1.4 流场观测方法与设备  45-48
  2.2 数值仿真模型  48-58
    2.2.1 燃烧流动控制方程  48-51
    2.2.2 物理模型  51-55
    2.2.3 计算方法  55-56
    2.2.4 验证算例  56-58
  2.3 小结  58-59
第三章多凹腔燃烧室冷流流场研究  59-84
  3.1 无燃料射流流场  59-69
    3.1.1 并联凹腔流场  59-65
    3.1.2 串联凹腔流场  65-67
    3.1.3 激波对凹腔流场的影响  67-69
  3.2 气体燃料射流流场  69-77
    3.2.1 单凹腔气体射流流场  69-71
    3.2.2 多凹腔气体射流流场  71-75
    3.2.3 激波对气体射流的影响  75-77
  3.3 液体燃料射流流场  77-82
    3.3.1 单凹腔液体射流流场  78
    3.3.2 并联凹腔液体射流流场  78-79
    3.3.3 串联凹腔液体射流流场  79-81
    3.3.4 激波对液体射流的影响  81-82
  3.4 小结  82-84
第四章多凹腔燃烧室燃烧流场研究  84-114
  4.1 基本的燃烧流动过程  84-88
    4.1.1 实验方法  84
    4.1.2 着火过程  84-86
    4.1.3 燃烧过程  86-87
    4.1.4 熄火过程  87-88
  4.2 气体燃料燃烧流场  88-96
    4.2.1 并联凹腔气体燃料燃烧流场  88-93
    4.2.2 串联凹腔气体燃料燃烧流场  93-94
    4.2.3 激波对着火/燃烧的增强  94-96
  4.3 液体燃料燃烧流场  96-107
    4.3.1 并联凹腔液体燃料燃烧流场  97-101
    4.3.2 串联凹腔液体燃料燃烧流场  101-105
    4.3.3 液体燃料补燃流场  105-107
  4.4 燃烧模式分析  107-112
    4.4.1 亚声速流中燃烧模式  108-109
    4.4.2 超声速流中燃烧模式  109-111
    4.4.3 多种燃烧模式的混合  111-112
  4.5 小结  112-114
第五章多凹腔燃烧室工作过程研究  114-134
  5.1 实验方法  114
  5.2 着火过程  114-121
    5.2.1 射流自燃过程  115-117
    5.2.2 火花塞点燃过程  117-119
    5.2.3 燃气引燃过程  119-121
  5.3 火焰传播  121-128
    5.3.1 火焰流向传播  121-124
    5.3.2 火焰横向传播  124-128
  5.4 熄火过程  128-132
    5.4.1 单凹腔熄火过程  128-130
    5.4.2 多凹腔熄火过程  130-132
  5.5 小结  132-134
第六章多凹腔燃烧室内阻研究  134-149
  6.1 内阻实验方法及内容  134-138
    6.1.1 内阻测量方法  134-136
    6.1.2 实验过程及内容  136-138
    6.1.3 凹腔组合对氢气自燃的影响  138
  6.2 单凹腔阻力特性  138-142
    6.2.1 来流条件对凹腔阻力影响  138-139
    6.2.2 凹腔阻力产生机理  139-142
  6.3 串联凹腔阻力特性  142-145
    6.3.1 不同凹腔组合比较  142-143
    6.3.2 不同凹腔顺序比较  143-144
    6.3.3 不同凹腔距离比较  144
    6.3.4 不同凹腔数目比较  144-145
  6.4 并联凹腔阻力特性  145-148
    6.4.1 不同凹腔组合比较  145-146
    6.4.2 不同凹腔距离比较  146-147
    6.4.3 不同凹腔数目比较  147
    6.4.4 串联与并联的比较  147-148
  6.5 小结  148-149
第七章多凹腔模型发动机燃烧室试验研究  149-158
  7.1 试验方法和设备  149-151
    7.1.1 模型发动机燃烧室  149-150
    7.1.2 燃烧试验内容  150-151
    7.1.3 燃烧流场的建立  151
  7.2 凹腔布置方式对燃烧影响  151-156
    7.2.1 并联凹腔试验  151-153
    7.2.2 串联凹腔试验  153-155
    7.2.3 多个凹腔试验  155-156
  7.3 多凹腔燃烧室设计  156-157
  7.4 小结  157-158
结束语  158-160
致谢  160-162
参考文献  162-178
作者在学期间取得的学术成果  178

超燃冲压发动机多凹腔燃烧室燃烧与流动过程研究

内容摘要

全文目录

相似论文