《氣態碳氫燃料H-S管激勵射流對超聲速燃燒影響規律研究》是依託中國科學院力學研究所，由顧洪斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氣態碳氫燃料H-S管激勵射流對超聲速燃燒影響規律研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：顧洪斌
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
橫向射流是超燃衝壓發動機主要燃料噴注方式之一，而如何提高射流的穿透深度、混合與燃燒效率是函待解決的關鍵問題。本項目研究利用基於激波吞吐共振原理的Hartmann-Sprenger管（H-S管）激勵射流裝置，獲得有效增強氣態碳氫燃料混合與燃燒的方法。通過理論分析、數值模擬和直聯燃燒實驗相結合的方法，研究H-S管激勵射流頻率、出口速度振幅對燃燒的影響規律，解決激勵參數與射流界面失穩的機理；燃燒與激勵射流相互作用機理，建立激勵射流參數與混合層增長率的數學模型，最終達到短距離內增強超聲速燃燒的目的。為激勵射流在超聲速燃燒中的套用提供依據。
結題摘要
在高超聲速吸氣推進系統中，超燃衝壓發動機以其高推重比成為最具有潛力的推進系統。在超聲速燃燒中，燃燒室內氣流流動的特徵時間與燃料與空氣發生化學反應的特徵時間相比常規的燃燒過程更為接近，基本處於同一數量級。這就需要快速流動混合機制以縮短流動混合過程的時間與空間尺度，進而保證燃料高效地燃燒。 剪下層的發展對流動的混合具有控制作用。本文基於流動線性穩定性理論對可壓縮軸對稱平行射流的剪下層穩定性進行理論分析，並針對剪下層中擾動模態增長率對流動參數的依賴關係給出了理論解釋及數值驗證。此外，以擾動線性模態的特徵函式為形函式，基於能量積分法，詳細研究了剪下層在周期激勵擾動作用下的回響。確定了臨界激勵頻率及其對流動參數的定性依賴關係，討論了激勵幅值對剪下層激勵回響的影響。 通過分析剪下層激勵回響對激勵頻率的依賴性，確定了臨界激勵頻率的存在性。得到的擾動無量綱臨界激勵頻率為 。這個頻率處於Jet Preferred 模態的頻率範圍內，所以這個臨界激勵模式可以看作是相應流動狀態下的射流優先模態。 採用H-S管產生的激勵射流套用於超聲速燃燒實驗研究中，對理論進行了部分驗證，證明了激勵的增混作用，即使是1k的激勵頻率，其激勵對燃燒效率有較大提升。 本文的研究意義主要有兩點：其一是完善了剪下層線性穩定性分析中對擾動模態對流動參數依賴關係的理論解釋，並基於擾動模態傳播相速度的物理意義給出的超聲速模態存在性的證明；其二是全面分析了射流剪下層在有限幅值激勵下的回響，得到了臨界激勵頻率並將其與射流優先模態的實驗研究聯繫起來，對射流模態出現原因給出一種理論解釋。
