《超燃衝壓發動機燃燒室熱環境模擬技術》是依託廈門大學，由王培勇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超燃衝壓發動機燃燒室熱環境模擬技術
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王培勇
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超燃衝壓發動機燃燒室熱環境研究是保證發動機長時間穩定、高效運行的基礎，其研究還可以避免不合理的熱環境導致發動機壁面局部溫度過高和發動機效率低下，是高超聲速飛行器推進系統研製過程中需要研究的重大基礎問題之一。超燃衝壓發動機的燃燒流場結構在空間和時間上有著多尺度特徵。為了對如此複雜的多尺度物理問題進行高效、準確的數值研究，本項目擬開展高精度湍流燃燒模擬，高精度湍流流動模擬，和高精度輻射換熱模擬等三項制約發動機熱環境計算精度的數值模擬技術研究。同時，考慮到超燃發動機設計的階段性需要，還將針對概念設計和初始設計階段的需求，通過理論分析和對高精度數值模擬結果進行擬合給出燃燒室內輻射換熱和對流換熱的工程估算關聯式。作為數值模擬的重要環節，本項目將基於大量的超聲速燃燒試驗數據，開展超燃衝壓發動機燃燒數值模擬的驗證工作，致力於為高超聲速科技的發展提供高效可靠的數值分析結果。
結題摘要
超燃發動機的熱環境模擬包括燃燒室內的非預混湍流燃燒，高溫燃燒氣體與發動機壁面的輻射和對流換熱；超燃發動機熱環境CFD模擬精度嚴重依賴於是否採用合適的湍流流動模型、湍流燃燒模型以及輻射換熱模型的計算精度，本項目針對超燃發動機全面開展了高精度輻射換熱模型研究，湍流燃燒模型的研究，以及湍流流動模型的研究。為保證超燃發動機燃燒的精確模擬首先必須採用合適的湍流流動模型精確模擬燃料和空氣的湍流摻混；與實驗數據對比表明k-ω SST湍流流動模型能夠精確模擬激波生成湍流以及邊界層生成湍流，適合於超燃發動機的湍流流動模擬。湍流燃燒模型建立了格線內燃料/氧化劑實現分子層面混合/燃燒的微觀結構與格線巨觀參數的橋樑；與實驗數據對比表明採用最優A值的EDM模型能夠精確模擬超燃發動機內的湍流燃燒；為提高EDM模型對其他湍流燃燒的通用性，項目組提出了修改版的EDM模型並通過大量的試驗數據進行了驗證。精確地模擬超燃發動機內氣體與壁面的輻射換熱對發動機燃燒室內總的熱平衡和燃燒室壁面局部過熱分析至關重要，精確地模擬氣體輻射換熱需要採用精確的波譜模型，計算非常耗時，工程上不可行，項目組提出的灰氣體輻射程式法能精確定位最大輻射熱流密度位置且計算誤差能夠控制在10%以內。相關研究成果已經發表在國際國內的權威雜誌上，共發表論文10篇；其中Progress in Energy and Combustion Science 邀稿1篇，Combustion Science and Technology 1 篇，Progress in Computational Fluid Mechanics 1篇；EI論文6篇，其他雜誌論文1篇。項目執行期間培養碩士研究生8名。
