《燃燒對凹腔火焰穩定器流動特徵影響的機理研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由潘余擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：燃燒對凹腔火焰穩定器流動特徵影響的機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：潘余
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
採用PLIF、PIV和連續雷射紋影等觀測手段和高精度RANS/LES相結合的數值模擬方法，研究凹腔火焰穩定器流動特徵隨燃燒室內燃燒流動狀態的變化。主要對比燃燒室內從冷流至不同燃燒強度條件下凹腔上游來流條件、凹腔振盪頻率、自由剪下層發展規律和內部回流結構的變化趨勢；分析主流燃燒放熱、凹腔內放熱和凹腔內燃氣流動與凹腔流場結構的關係；探索凹腔火焰穩定器在超聲速、跨聲速和亞聲速下流動特徵的變化趨勢，明晰燃燒引起的來流條件變化和放熱導致的凹腔流場畸變對凹腔火焰穩定器流動特徵的影響機制；揭示燃燒引起凹腔振盪特性變化的機理，並建立凹腔熱/聲/渦共振模型；為基於凹腔火焰穩定器構型的超燃衝壓發動機燃燒室設計提供指導，為揭示凹腔火焰穩定機理和認識超聲速流中湍流擴散燃燒奠定基礎。
結題摘要
本文以帶凹腔火焰穩定器的超聲速燃燒室為研究對象，採用PLIF、PIV和連續雷射紋影等觀測手段和高精度RANS/LES相結合的數值模擬方法，研究了凹腔火焰穩定器流動特徵隨燃燒室內燃燒流動狀態的變化。首先，通過對比凹腔冷流流場結構和凹腔燃燒流場結構，研究了冷流至燃燒過程中凹腔流場的變化規律。研究發現隨著噴注壓力的提高或凹腔後緣傾角的增大，射流附近亞聲速區域的展向尺度增大，射流被點燃的位置提前，凹腔回流區擴大並在中心平面附近更加深入主流區域；此外，後緣傾角較大的凹腔在沒有引起更大的總壓損失的前提下獲得了更高的燃燒效率。另一方面研究了凹腔內超聲速流動的冷/熱態振盪特徵，分析了其振盪機制。對二維射流－凹腔燃燒振盪的大渦模擬表明，可能存在兩種振盪機制：一種是與凹腔-剪下層耦合不穩定性相關的高頻振盪，另一種是與低頻不穩定燃燒相關的低頻振盪。三維大渦模擬結果揭示出了高頻燃燒振盪的兩種主導機制。燃燒振盪存在兩種可能的主導機制：一種是從凹腔剪下層到主流的非定常火焰傳播過程，該過程主要受到射流－凹腔剪下層相互作用的影響，並導致一些與凹腔－剪下層振盪相應的、相對低頻的振盪；另一種是伴隨著射流邊界發卡渦形成而產生的可燃氣團的自點火過程，且往往導致一些與射流不穩定性相應的、相對較高頻率的振盪。由於課題難度過大，涉及的問題都非常機理，本課題只解析燃燒放熱後凹腔火焰穩定器火焰穩定的部分機理，許多問題還有待下一步深入。
