超聲速燃燒中火焰傳播規律和特徵及其診斷方法研究

《超聲速燃燒中火焰傳播規律和特徵及其診斷方法研究》是依託中國科學技術大學，由楊基明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超聲速燃燒中火焰傳播規律和特徵及其診斷方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊基明
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

以超燃衝壓發動機為背景，以點火、火焰傳播以及流場波繫結構等為關注要點，在開展流場診斷方法研究的同時，探索超聲速可燃氣流的點火特性以及燃燒中火焰傳播的規律與特徵。研究基於氫和若干種碳氫燃料，採用激波管、激波風洞產生所需溫度的超聲速可燃氣流，通過調節來流溫度和在流場中設定擾動誘導自點火，或通過點火裝置強迫點火實現燃燒，並形成傳播的火焰；通過設定不同的可燃氣體當量比等來流參數或邊界條件實現火焰表現方式的多樣化；採用紋影、雷射全息干涉、平面雷射誘導螢光等光學方法及其組合運用，觀察和測量在超聲速可燃氣流中火焰的形成、火焰的結構，以及火焰面前後流場中的波系情況，分析和研究來流擾動、燃料屬性和狀態等與點火以及火焰傳播特性之間的關係，以求在超聲速燃燒流動特徵、機理和規律方面獲得新的認識，為超燃衝壓發動機的研製提供基礎性的概念和理論支持，同時也尋求在超燃研究的實驗測量方法上有所突破。

結題摘要

本項研究以超燃衝壓發動機和超聲速燃燒為背景，以點火燃燒、複雜波系干擾為關注焦點，在激波風洞和激波管中開展了流場診斷方法和相關的流動機理研究。主要取得的成果和進展情況下：提出了一種在激波管中採用圓柱形匯聚激波點火新方法。根據激波動力學理論，採用固壁連續彎曲方式將平面激波轉換為圓柱面激波，在激波管端部試驗段實現扇形楔角區域內的圓柱形匯聚激波並成功開展了點火特性實驗；採用高速紋影與多通道壓力測量相組合，通過時間同步的分析方法，對以燃燒室高背壓為背景的激波振盪現象開展了研究。結果表明，高速紋影所獲得的流場信息與壓力感測器多點歷史過程相結合，在揭示激波風洞中流場非定常波系干擾和演變過程機理方面具有獨到的優勢。研究發現，燃燒室背壓與唇口的分離流動耦合作用以及與之伴隨的隔離段上、下游傳播的激波是導致進氣道不起動和激波振盪的要因；在激波風洞中考察了三組具有不同壓縮角度的進氣道模型內部的流場情況。實驗觀測手段為油流法、絲線法和高速紋影。綜合顯示結果較為直接地展示了激波、分離線、再附線等分界線位置。根據實驗結果，可以推測唇口激波與進氣道內邊界層的相互作用及其引起的壁面分離是影響進氣道內流動的主要因素；另外，在激波風洞直聯台上，開展了TDLAS燃燒加熱風洞的模擬實驗測量研究，獲得了來流靜溫、組分含量和流速等信息，並研究分析了燃燒產物組分含量的影響。