【摘 要】
：
为了促进空气涡轮火箭发动机燃烧室内来自压气机的空气和流经涡轮的富燃燃气的掺混与燃烧,基于空气涡轮火箭发动机燃烧室入口结构参数设计了波瓣混合器,并采用数值模拟方法通过调整张角及瓣宽比对波瓣结构进行优化.结果表明:(1)保持外张角不变,增大波瓣内张角可以有效改善内涵燃料在燃烧室中心轴附近区域燃烧不完全的状况;(2)在内、外张角相同的条件下,通过减小瓣宽b2使瓣宽比Bˉ大于1可以提升掺混及燃烧效率;(3)相对于非反应流动,波瓣诱导流向涡在反应流中强度更高,沿径向向外移动的速度也更快;(4)带有波瓣结构的燃烧室内
【机 构】
：
中国科学院工程热物理研究所,北京 100190;中国科学院大学 航空宇航学院,北京 100049
论文部分内容阅读
为了促进空气涡轮火箭发动机燃烧室内来自压气机的空气和流经涡轮的富燃燃气的掺混与燃烧,基于空气涡轮火箭发动机燃烧室入口结构参数设计了波瓣混合器,并采用数值模拟方法通过调整张角及瓣宽比对波瓣结构进行优化.结果表明:(1)保持外张角不变,增大波瓣内张角可以有效改善内涵燃料在燃烧室中心轴附近区域燃烧不完全的状况;(2)在内、外张角相同的条件下,通过减小瓣宽b2使瓣宽比Bˉ大于1可以提升掺混及燃烧效率;(3)相对于非反应流动,波瓣诱导流向涡在反应流中强度更高,沿径向向外移动的速度也更快;(4)带有波瓣结构的燃烧室内,因内、外涵气流掺混造成的总压损失很小,80％以上的总压损失是由加热造成的.
其他文献
以西安地铁2号线穿越或绕行全国重点文物保护单位为工程实例,通过现场监测获得地铁运营以来隧道内及古建筑物本体振动响应水平,据此对钢弹簧浮置板道床的减振效果进行评价;在地铁运营期与地铁停运期工况下,对古建筑进行振动响应的综合测试.统计分析了九年的长期运营监测数据,结果表明:①钢弹簧浮置板道床适用于古建筑等有特殊减振需求的地段;②不同工况下古建筑本体振动响应在容许范围内;③列车运行速度对综合工况下古建筑的振动响应影响程度有限,研究成果可为地铁运行速度调整方案提供基础资料与技术参考.
为了进一步认识凝胶推进剂雾化过程,促进凝胶发动机的设计和优化,综述了射流撞击式、离心式、气泡式以及燃烧条件下凝胶推进剂雾化特性的研究进展.综述结果表明,凝胶推进剂雾化性能明显差于牛顿流体推进剂,凝胶液膜尺寸显著增大,液丝较难破碎为小粒径液滴;射流撞击式喷嘴对凝胶推进剂的雾化效果优于离心式喷嘴;随着射流雷诺数和韦伯数增大,撞击式凝胶液膜的雾化模式依次为边缘闭合模式、边缘开放模式、无边缘射线模式、液丝分离模式和充分发展模式;采用锥形结构、减小喷嘴出口长径比、方形和椭圆形喷嘴出口皆有利于凝胶液膜破裂,且增大喷注
为了快速可靠地评估旋转爆震冲压发动机的总体性能,针对冲压模态下的旋转爆震发动机建立了性能分析模型.模型以飞行条件和冲压发动机关键几何参数作为输入参数,结合气体动力学和CJ爆震理论,获得旋转爆震燃烧室的流场参数分布以及发动机喷管排气参数,输出发动机推力以及燃料比冲,建立了基于连续旋转爆震的冲压发动机性能评估方法.模型参与反应的燃料和氧化剂分别为煤油以及空气,主要研究了燃料温度、喷管喉部面积、燃烧室环面面积、反应物当量比、飞行马赫数以及飞行高度对发动机燃料比冲、推力的影响趋势.研究结果表明,控制其它变量不变,
为拓宽大弯角扩压叶栅可用攻角范围,优化叶片吸力面流动分离结构,以一大弯角叶栅为研究对象,对叶片采用压力面到吸力面打通的双“C”型槽道结构处理,在保持槽道长度及其他参数不变的条件下,设置85％,80％,75％,70％轴向弦长四个出口位置研究槽道出口位置对叶栅性能的影响.研究发现,特定攻角下,槽道出口位于吸力面角区分离线起始点之后、尾缘分离线之前,对吸力面流动分离的控制效果较佳;在全攻角范围,槽道出口则取在0°攻角对应较佳出口位置为好.为减小槽道内总压损失,提出了一种“SC”型槽道改进结构,在80％轴向弦长槽
为了进一步提高组合模型的模型精度,提升基于代理模型的优化方法的性能,本文发展出了一种新的平均组合代理模型,并将其与EGO优化方法相结合,通过六个解析算例对本文发展的建模方法和优化方法进行了测试.结果表明:本文发展的建模方法相较于现有方法精度更高,所发展的优化方法相较于经典代理模型优化方法算法收敛性更强.同时变循环发动机稳态性能建模及加速燃油控制规律优化实例表明,本文发展的方法在处理实际工程问题时依旧可以表现出良好的算法性能.
为探索气流角畸变对超燃冲压发动机尾喷管性能的影响,开展了喷管在单一气流角畸变和耦合畸变进口条件下的数值模拟研究.首先简要介绍采用的数值模拟方法,并根据实验结果校核数值方法的有效性.同时为得到准确的数值结果,进行了网格无关性验证.然后,通过数值模拟获取超燃冲压发动机燃烧室出口气流参数,用于研究气流角畸变对喷管性能的影响并讨论了其影响规律.在此基础上,进一步研究了气流角畸变与马赫数畸变相互耦合对喷管气动性能的影响.结果表明,气流角畸变对推力影响很小:推力系数变化仅为0.37％;但对升力和俯仰力矩影响显著,相应
为了探究涡流发生器对轴流压气机叶顶流动不稳定性的影响,在一台低速轴流压气机转子上开展了实验研究.将梯形和半球形两种涡流发生器分别安装在转子叶顶上游机匣上,基于不同的安装角度共制定了五种控制方案.分析了气动性能的变化,并采用频谱分析和统计分析方法考察了壁面脉动压力特性的变化.实验结果表明:采用梯形涡流发生器后,除安装角为90°的方案外,其它方案在各工况下扩压能力均略有下降,失速时的流量也明显减小.在流场存在旋转不稳定性或失速的工况,-45°方案时涡流发生器增加了来流的正预旋,增加了气流动量,同时产生的诱导涡
为准确评估涡扇发动机冠状喷口的气动性能,提出了一种基于流量守恒的出口定义方式,并验证该出口定义方式与物理出口的一致性,对冠状喷口在设计点和非设计点工况下的气动性能进行了系统性评估与考察.结果表明:在设计点工况下,冠状喷口外形参数中,内切角对推力性能影响最大、齿数影响次之、齿长影响最小;冠状喷口下游流向涡对是导致剪切层增厚、湍动能衰减、核心区长度减小的主要原因;在非设计点工况下,冠状喷口可有效降低出口附近的激波强度,使其堵塞状态压比远高于基础构型喷管.
针对跨声速涡轮叶栅单点优化方法难以获得整体工况性能提升、多点优化方法难以确定合理目标函数形式的问题,提出了两点优化的方法.为了节约优化时间成本,优化过程采用EIF(Equiva?lent inviscid flow)模型进行数值模拟,通过添加惩罚函数保证叶栅满足设计流量和负荷要求,并采用叶栅效率线性平均的目标函数形式进行评价.选择两组跨声速涡轮叶栅进行优化设计,并利用CFD方法分析叶型变化对流场马赫数、激波和损失产生的影响.结果显示,所提出的优化设计方法在保证设计工况性能的同时,能够提升叶栅整体工况性能.
利用超声悬浮的方法为液滴提供静止、无接触初始条件,用高速摄影机拍摄液滴,研究不同直径乙醇液滴在Weber数5～90,脉冲气流冲击作用下的变形与运动特性.研究结果表明,随着韦伯数的增大,液滴先后产生常见的袋状破碎、袋状/蕊心破碎、羽状/液膜稀释破碎.不同破碎模式在本质上都是袋状破碎,包括边缘环袋破碎与液核多袋破碎.Weber数越大,边缘环袋破碎作用越弱,液核多袋破碎越占据主导地位.乙醇液滴的迎风面顶点纵向运动遵循匀加速规律,其无量纲位移与无量纲时间符合二次函数关系式.液滴在横向的扩散过程分为两个阶段:一个是