脉冲爆震发动机燃油雾化与掺混过程数值研究

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近些年来,脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine,简称PDE)因其潜在的优点受到了航空航天领域的广泛关注。相比气体燃料的PDE,使用液体燃料而临着更大的技术挑战。本文对PDE燃油雾化、掺混过程进行了三维数值模拟,主要工作分三个部分:第一部分:在简要分析燃油雾化机理及雾化过程的基础上,采用欧拉一拉格朗日法建立了PDE中两相流喷射、雾化及混合的数学仿真模型。第二部分:针对常规直管式PDE的雾化系统,模拟了单管PDE不同进气方式下燃油的雾化、掺混过程,结果表明:切向进气方式有利于进气管处油气的掺混,但在主爆震室后端,油、气质量分数的分布逐渐显现出不均的趋势。研究了切向进气下初始进气速度、油气当量比、空气总温及孔板、孔径的变化对雾化性能的影响,结果表明:进气速度越大,燃油粒径D32越小,但油、气分布不均加剧;油气当量比的增加导致燃油粒径D32的增大,使得雾化后燃油质量分数上升不明显;总温升高有利于雾化及油气掺混;合适孔径的孔板可以调整切向进气下油、气在管中的分布。第三部分:针对气动阀式PDE的雾化系统,模拟了不同油气当量比、钝体堵塞比下燃油喷射、雾化及掺混的过程,研究结果表明:恰当油气当量比φ=1下,喉道处高速气流有利于燃油雾化,但燃油聚积在中心轴线附近,导致壁面处火花塞区域严重贫油,要成功点火需加大油气当量比;油气当量比加大对燃油的雾化、油气的掺混及可爆震混合物在管中的分布均有利;钝体需保持一定堵塞比,但堵塞比过大影响火花塞处燃油分布。
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