部分覆盖型凹腔的数值仿真和试验研究

【摘要】：超声速气流中冷煤油的点火问题一直是超燃冲压发动机研制的难点,本文以部分覆盖型凹腔为研究对象,采用数值仿真和试验相结合的方法,对部分覆盖型凹腔的冷态和燃烧流场进行了研究。为了研究凹腔几何构型和来流马赫数对部分覆盖型凹腔流场的影响,对部分覆盖型凹腔的流场进行了数值仿真。发现覆盖板长度对自由来流没有明显影响;长深比是影响不同深度凹腔的覆盖区质量交换的主要因素;覆盖区质量交换随着长深比增大而减少;来流马赫数增加,凹腔覆盖区的质量交换下降;与大长深比凹腔相比,小长深比凹腔的覆盖区质量交换受长深比和来流马赫数影响更加明显。通过对部分覆盖型凹腔的冷态和燃烧的二维流场进行了数值仿真,研究了凹腔部分覆盖构型对燃烧室流场的影响。比较了贫燃和富燃条件下,覆盖板对凹腔燃料分布、流场温度和燃烧效率的影响。研究发现贫燃下,覆盖板有利于凹腔内燃料的积累,提高了凹腔的火焰稳定性,同时由于点火适宜的当量比区域位于凹腔内低速区,增强了凹腔点火能力;富燃下,覆盖板使凹腔内富燃环境进一步恶化,降低了凹腔的火焰稳定性和燃烧效率,主要燃烧区部分向下游转移。对不同长深比的凹腔三维流场进行了数值仿真,以研究锯齿开缝对凹腔流场的影响。研究发现锯齿开缝会导致剪切层展向速度不均,从而产生流向涡。锯齿开缝在未开缝处,会将气流引入覆盖区,在开缝处,会将气流排出覆盖区,通过这种“引入-排出”的方式可以增强覆盖区的质量交换。锯齿开缝使凹腔流动更容易转为闭式。对部分覆盖型凹腔的冷煤油点火进行了多次试验尝试。通过试验结果分析,发现部分覆盖型凹腔火焰稳定性很强,能够仅依靠凹腔前壁面喷注的冷煤油实现火焰稳定。部分覆盖型凹腔的燃烧会影响下游凹腔火焰稳定性的发挥。凹腔前壁面直孔喷注能较好地控制覆盖区的当量比,点火效果较好。凹腔内煤油被火花塞点燃后,会随着气流进入覆盖区或者进入剪切层。
【关键词】：点火 冷煤油 部分覆盖型 凹腔 超声速
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V231