利用三维进气道出流涡特征提升燃料喷射掺混特性研究
三维内收缩进气道是高超声速推进系统的理想进气布局形式,但是此类进气道的出口平面通常存在复杂的涡结构。现有关于超燃燃烧室的研究表明,合理组织的燃烧室进口涡结构是有利于提高燃料喷射和掺混效率的。
本文提出一类三维内收缩进气道和超燃燃烧室一体化设计概念,对该一体化喷射方案以及均匀来流条件下的喷射方案的燃料喷射与掺混性能进行数值模拟研究,着重分析了此类进气道出口的复杂涡特征对燃烧室燃料掺混性能的影响,进一步弄清了全三维构型条件下喷流的湍流流动现象和掺混的主导物理机制。本文首先分析了设计状态下三维内收缩进气道的流场特征和涡结构特征。
该进气道能基本捕获全部来流,其矩形转椭圆的变截面设计以及通道中的三维圆形反射激波/边界层干扰现象能诱导形成流向涡,且进气道内的横向压力梯度使这些流向涡朝椭圆长轴两侧汇聚、合并。其次,以均匀来流条件下的超燃燃烧室为基本模型,研究了喷射动压比、喷射边界层厚度、壁面曲率、喷嘴直径、激波反射等因素对燃料喷射与掺混特性的影响。
可以发现,对于确定的喷射边界层厚度,燃料喷射存在一个临界动压比。当喷射动压比低于该临界动压比时,增大 ...