针对典型火箭基组合循环(Rocket Based Combined Cycle,RBCC)发动机高效稳定燃烧问题,对模型燃烧室支板/凹腔组合稳焰器进行了三维数值模拟,并结合局部流动特性、燃烧释热规律、流场旋涡结构以及质量输运特性,分析了飞行马赫数6.0条件...针对典型火箭基组合循环(Rocket Based Combined Cycle,RBCC)发动机高效稳定燃烧问题,对模型燃烧室支板/凹腔组合稳焰器进行了三维数值模拟,并结合局部流动特性、燃烧释热规律、流场旋涡结构以及质量输运特性,分析了飞行马赫数6.0条件下支板/凹腔组合稳焰性能以及耦合作用机制。研究发现:凹腔稳焰能力受凹腔与主流燃气之间的质量输运特性影响;而引入支板后,支板尾缘的螺旋上升式旋涡结构使得燃料由支板回流区向凹腔回流区转移,燃料在回流区内的停留时间增加,掺混效果增强,凹腔内局部释热增加。在不同旋涡结构的作用下,凹腔与主流间质量交换率约占来流空气流量的10%~20%。较优的旋涡结构和质量输运特性将使稳焰区燃温提升9%,燃烧效率提升超过10%。因此,支板/凹腔组合稳焰器稳焰性能由局部旋涡结构和燃气质量输运特性共同影响。当支板/凹腔间距缩短时,支板/凹腔组合稳焰器耦合作用更强,燃烧稳焰性能更佳。展开更多
分布式贫油直喷(Distributed Lean Direct Injection,DLDI)燃烧室是国外多点贫油直喷(MLDI)燃烧室的实用发展形式。本文对DLDI燃烧室的主燃级单元LDI开展研究,主要关注外旋流器旋流数(Sn)从0.65降低到0.33对流场、喷雾和火焰结构的影响...分布式贫油直喷(Distributed Lean Direct Injection,DLDI)燃烧室是国外多点贫油直喷(MLDI)燃烧室的实用发展形式。本文对DLDI燃烧室的主燃级单元LDI开展研究,主要关注外旋流器旋流数(Sn)从0.65降低到0.33对流场、喷雾和火焰结构的影响。利用FLUENT软件、采用雷诺平均方程(RANS)对时均流场进行求解;利用离散相模型(Discrete Phase Model)对喷雾散布进行模拟;利用Mie散射和激光粒度测量仪对喷雾散布和SMD (Sauter Mean Diameter)进行测量,并对仿真结果进行验证;利用高速摄像机拍摄火焰结构。研究结果显示Sn变化直接改变流场结构:随着Sn的减小,外旋流射流对内旋流射流的压制逐渐变强,内旋流射流的张角和中心回流区尺寸都逐渐缩小;尤其在Sn为0.33时,角涡回流区演化成壁面回流区。流场变化影响液雾散布:Sn在0.38~0.65区间时,喷雾核心主要由内旋流射流输运,喷雾张角由内旋流射特性决定;当Sn为0.33时,喷雾核心会在自身惯性下射入外旋流射流,在外旋流射流以及壁面回流区的作用下均匀散布。喷雾散布结果表明喷雾核心射入外旋流射流时更有利于液雾的散布。火焰结构的研究结果显示在小限制率条件下,Sn为0.33时,中心回流区回流量不足、无法稳定火焰,此时形成的壁面回流区创造了新的稳火点来帮助稳定火焰。展开更多
文摘针对典型火箭基组合循环(Rocket Based Combined Cycle,RBCC)发动机高效稳定燃烧问题,对模型燃烧室支板/凹腔组合稳焰器进行了三维数值模拟,并结合局部流动特性、燃烧释热规律、流场旋涡结构以及质量输运特性,分析了飞行马赫数6.0条件下支板/凹腔组合稳焰性能以及耦合作用机制。研究发现:凹腔稳焰能力受凹腔与主流燃气之间的质量输运特性影响;而引入支板后,支板尾缘的螺旋上升式旋涡结构使得燃料由支板回流区向凹腔回流区转移,燃料在回流区内的停留时间增加,掺混效果增强,凹腔内局部释热增加。在不同旋涡结构的作用下,凹腔与主流间质量交换率约占来流空气流量的10%~20%。较优的旋涡结构和质量输运特性将使稳焰区燃温提升9%,燃烧效率提升超过10%。因此,支板/凹腔组合稳焰器稳焰性能由局部旋涡结构和燃气质量输运特性共同影响。当支板/凹腔间距缩短时,支板/凹腔组合稳焰器耦合作用更强,燃烧稳焰性能更佳。
文摘分布式贫油直喷(Distributed Lean Direct Injection,DLDI)燃烧室是国外多点贫油直喷(MLDI)燃烧室的实用发展形式。本文对DLDI燃烧室的主燃级单元LDI开展研究,主要关注外旋流器旋流数(Sn)从0.65降低到0.33对流场、喷雾和火焰结构的影响。利用FLUENT软件、采用雷诺平均方程(RANS)对时均流场进行求解;利用离散相模型(Discrete Phase Model)对喷雾散布进行模拟;利用Mie散射和激光粒度测量仪对喷雾散布和SMD (Sauter Mean Diameter)进行测量,并对仿真结果进行验证;利用高速摄像机拍摄火焰结构。研究结果显示Sn变化直接改变流场结构:随着Sn的减小,外旋流射流对内旋流射流的压制逐渐变强,内旋流射流的张角和中心回流区尺寸都逐渐缩小;尤其在Sn为0.33时,角涡回流区演化成壁面回流区。流场变化影响液雾散布:Sn在0.38~0.65区间时,喷雾核心主要由内旋流射流输运,喷雾张角由内旋流射特性决定;当Sn为0.33时,喷雾核心会在自身惯性下射入外旋流射流,在外旋流射流以及壁面回流区的作用下均匀散布。喷雾散布结果表明喷雾核心射入外旋流射流时更有利于液雾的散布。火焰结构的研究结果显示在小限制率条件下,Sn为0.33时,中心回流区回流量不足、无法稳定火焰,此时形成的壁面回流区创造了新的稳火点来帮助稳定火焰。
