采用V槽火焰穩(wěn)定器的流場摻混燃燒性能研究.pdf

1、論文以應(yīng)用于空氣渦輪火箭（Air Turbo Rocket，ATR）發(fā)動機(jī)燃燒室的V槽火焰穩(wěn)定器為研究對象，綜合采用實驗觀測和數(shù)值模擬方法，結(jié)合理論分析，對V槽火焰穩(wěn)定器流場的結(jié)構(gòu)特征和摻混燃燒性能進(jìn)行了研究。
　　采用大渦模擬方法對V槽流場的動態(tài)流動特性進(jìn)行研究。空氣的來流速度為0.4馬赫，甲烷通過中心射流進(jìn)入流場。研究發(fā)現(xiàn)，V槽尾跡流受到了卡門渦和混合氣流間正交渦的共同影響，其中卡門渦起主導(dǎo)作用?？ㄩT渦在 V槽末端形成時會受到

2、正交渦的影響，形成一連串的小渦結(jié)構(gòu)。尾跡流中復(fù)雜的渦與渦、渦與壁面間的相互作用形成壓力波前傳。入口處的壓力擾動會影響甲烷與空氣間正交渦的形成，甚至?xí)绊懙郊淄榈乃絿娮?。通過對比流場無 V槽時的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)V槽能夠形成回流區(qū)，有效促進(jìn)混合，但會引起較大的總壓損失。
　　研究了V槽構(gòu)型參數(shù)包括張角和堵塞比對冷態(tài)流場的影響。研究表明，張角對總壓損失的影響很小。張角增大，回流區(qū)時均長度減小而組分和速度脈動增大。在與 V槽末端距離相同的

3、位置，張角對甲烷的分布范圍無明顯影響；而在與入口距離相同的位置，張角越大，甲烷分布范圍越廣。堵塞比增大時，回流范圍擴(kuò)大，流場脈動增強(qiáng)，總壓損失增大。與入口距離相同的位置，堵塞比越大，甲烷的分布范圍越廣。
　　采用數(shù)值模擬手段初步研究了V槽火焰穩(wěn)定器流場的燃燒性能。研究表明，燃燒流場仍處于卡門渦街的狀態(tài)，在回流區(qū)范圍內(nèi)，能夠維持一小段時間的高溫。高頻的脫落渦對高溫氣團(tuán)進(jìn)行拉伸、破碎是火焰熄滅的主要原因。將脫落頻率大的卡門渦燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>