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超燃冲压发动机燃烧室构型试验与仿真研究

作　者: 刘睿
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: 超燃冲压发动机 多凹腔燃烧室 性能评估 型面扩张角 凹腔与喷注位置分布
分类号: V231.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


论文选取多凹腔超燃冲压发动机燃烧室为研究对象,以试验研究和数值模拟为手段,对燃烧室型面扩张角和凹腔以及喷注位置布置方案对燃烧室性能的影响进行了较为深入的研究。在燃烧状态下,对基于常温液体煤油燃料的多凹腔燃烧室的性能进行了试验研究,比较了不同型面扩张角和不同凹腔及喷注位置的布置方案。研究表明:相同凹腔、喷注位置布置时,燃烧室面积扩张比的大小决定燃烧室内的热壅塞程度;总扩张比相同的条件下,采用隔离段为等截面,燃烧室逐渐扩张的型面,燃烧室推力增益最大;推力性能由燃烧室压力和型面扩张角同时决定,压力与推力不成正比;凹腔和喷注位置对燃烧室性能的影响是与型面扩张角相互耦合的,适当布置周向喷注有助于提高燃烧室性能;利用所建立的数学物理模型,对四个不同型面扩张角上下壁面凹腔燃烧室和全侧壁凹腔燃烧室进行了全尺寸三维数值仿真,仿真结果与相同条件下的试验结果较为一致。研究表明:面积扩张比和凹腔、喷注位置布置是决定燃烧室流场的重要因素;燃烧室流场可分为强热壅塞和弱热壅塞两类,这两种流场最大区别在于弱热壅塞时整个燃烧室主流道内为超声速、隔离段内无预燃激波串;凹腔内部流场受型面扩张角影响很大,凹腔与型面扩张比共同影响燃烧室性能;燃烧室的推力性能和燃烧效率、出口总压恢复系数之间没有简单的规律可循,没有燃烧室能在所有性能方面同时达到最优,因此评价燃烧室性能时应采取折衷的方法。

全文目录


摘要  11-12
ABSTRACT  12-13
第一章 绪论  13-19
  1.1 研究背景和意义  13-14
  1.2 国内外研究工作历史及现状  14-18
    1.2.1 超燃冲压发动机燃烧室研究  14-16
    1.3.2 超燃冲压发动机仿真技术  16-18
  1.3 本文的工作  18-19
第二章 性能评估指标及试验系统简介  19-29
  2.1 多凹腔燃烧室简介  19-21
    2.1.1 凹腔超声速流场  19-20
    2.1.2 多凹腔燃烧室  20-21
  2.2 燃烧室性能评估指标  21-24
    2.2.1 台架推力增益  21-22
    2.2.2 台架燃料比冲增益  22
    2.2.3 燃烧室热态内推力  22-23
    2.2.4 燃烧室总压恢复系数  23-24
    2.2.5 燃烧效率  24
  2.3 试验系统  24-28
    2.3.1 直连式试验台  24-26
    2.3.2 燃烧室构型  26-27
    2.3.3 试验测量设备  27-28
  2.4 小结  28-29
第三章 试验方案与结果分析  29-45
  3.1 试验方案  29-30
  3.2 燃烧室基准构型试验  30-31
    3.2.1 参考值确定  30
    3.2.2 燃烧室试验工作过程  30-31
  3.3 型面扩张角变化对燃烧室性能的影响  31-38
    3.3.1 等直段位置相同，其他扩张角的影响  32-36
    3.3.2 等直段在不同位置的燃烧室构型比较  36-38
  3.4 凹腔布置方案对燃烧室性能的影响  38-44
    3.4.1 扩张角相同，凹腔分布与喷注方式的影响  38-40
    3.4.2 凹腔与喷注位置相同时，扩张角的影响  40-41
    3.4.3 其他凹腔分布与喷注位置的影响  41-43
    3.4.4 侧凹腔燃烧室与上下凹腔燃烧室的对比  43-44
  3.5 小结  44-45
第四章 数值计算方法  45-59
  4.1 燃烧流动控制方程  45-49
    4.1.1 NS方程组  45-46
    4.1.2 气相控制方程  46-47
    4.1.3 液相控制方程  47-49
  4.2 基本物理模型  49-53
    4.2.1 湍流模型  49-50
    4.2.2 喷雾模型  50
    4.2.3 蒸发模型  50-51
    4.2.4 两相流模型  51-52
    4.2.5 化学反应动力学模型  52-53
  4.3 数值计算方法  53-56
    4.3.1 网格生成  53
    4.3.2 定解条件  53-54
    4.3.3 验证算例  54-56
  4.4 小结  56-59
第五章 燃烧室仿真研究  59-87
  5.1 不同扩张角上下壁面凹腔燃烧室仿真  59-80
    5.1.1 算例  59-60
    5.1.2 多凹腔燃烧室流场分析  60-78
    5.1.3 扩张角不同对燃烧室性能的影响  78-80
  5.2 侧壁面凹腔燃烧室仿真  80-85
    5.2.1 算例  80-81
    5.2.2 流场分析  81-85
  5.3 小结  85-87
结束语  87-89
致谢  89-91
参考文献  91-99
攻读硕士学位期间所发表的论文  99

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空发动机（推进系统） > 发动机原理 > 燃烧理论
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