整裝式含能液體多點點火氣液相互作用特性研究

《整裝式含能液體多點點火氣液相互作用特性研究》是依託南京理工大學，由薛曉春擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：整裝式含能液體多點點火氣液相互作用特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：薛曉春
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

整裝式含能液體的燃燒是一種利用流體不穩定性造成氣液湍流摻混直至充分燃燒的過程，它涉及多相流、瞬態燃燒穩定性控制等問題，其關鍵突破點在於對整裝式液體燃燒過程中氣液湍流摻混現象及其機理的認識和把握。本項目以此為工程背景，提出一個新構思，即從多點點火與燃燒室邊界形狀耦合匹配的角度出發，深入開展整裝式含能液體燃燒穩定性的控制方法和機理研究。擬採用試驗和數值模擬相結合方法，開展基於多點點火形成的多股燃氣射流在整裝式液體中擴展及氣液湍流摻混特性的實驗研究；建立三維非穩態多相流模型，分析流場內複雜的壓力、溫度波及多股Taylor空腔相互干涉、聚並的演化特性；在此基礎上，建立整裝式含能液體燃燒推進的多相反應模型，從理論上揭示多點點火參數、燃燒室結構參數與燃燒性能的耦合關係，尋求抑制燃燒場內Taylor-Helmholtz不穩定效應正反饋機制的新方法，研究成果可為整裝式含能液體燃燒穩定性的控制奠定理論基礎。

結題摘要

整裝式含能液體的燃燒是一種利用流體不穩定性造成氣液湍流摻混至充分燃燒的過程，它涉及多相流、瞬態燃燒穩定性控制等問題，其關鍵突破點在於對整裝式液體燃燒過程中氣液湍流摻混現象及其機理的認識和把握。本項目以此為工程背景提出一個新構思，即從多點點火與燃燒室邊界形狀耦合匹配的角度出發，將流動不穩定性和燃燒不穩定性剝離，深入開展整裝式含能液體燃燒穩定性的控制方法和機理研究。採用試驗和數值模擬相結合方法，首先搭建多股燃氣射流在液體工質中擴展的實驗模擬平台，設計多結構觀察室和噴孔結構，採用數字高速錄像系統觀測多股燃氣射流在多結構觀察室及噴孔下的擴展特性，同時實驗了不同噴孔間距、噴射壓力、噴孔直徑對擴展過程的影響。結果表明漸擴比較大的圓柱漸擴型觀察室中射流擴展更穩定，適當增加噴孔間距可增強射流徑向擴展，增大噴孔直徑和噴孔間距都會增大射流強度，軸向位移增大。在此基礎上，對燃氣射流擴展過程提出假設，以簡化其數學物理模型，同時結合射流擴展特性選取適合的湍流模型，建立多股燃氣射流與液體工質相互作用的三維非穩態氣液湍流數理模型，並對典型工況模型進行格線無關性驗證，以提高計算效率，通過計算分析了流場內複雜的壓力、溫度波及多股Taylor空腔相互干涉、聚並的演化特性，揭示出導致流動不穩定性的誘因。最終結合冷態射流的結果，形成整裝式含能液體燃燒推進的多相反應模型，從理論上揭示出點火參數、燃燒室結構參數與燃燒性能的耦合關係，及燃燒場內傳熱、傳質、化學反應特性，得到抑制燃燒場內Taylor-Helmholtz不穩定效應正反饋機制的新方法，研究成果可為整裝式含能液體燃燒穩定性的控制奠定理論基礎。