《鎂基水反應金屬燃料燃燒的熱聲振盪機理研究》是依託西安交通大學，由楊亞晶擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鎂基水反應金屬燃料燃燒的熱聲振盪機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊亞晶
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目以金屬基燃料衝壓推進系統燃燒不穩定性的共性問題為背景，開展鎂基水反應金屬燃料燃燒的熱聲振盪機理及控制方法的基礎研究。基於鎂基水反應金屬燃料與水燃燒的非定常熱釋放特性的試驗測試，建立具有壁面控制條件的燃燒室三維不穩定燃燒的理論模型，並利用數學物理方程的邊值理論獲得模型特徵頻率的有效計算途徑。基於燃燒的不同物理工況，通過數值模擬研究獲得熱聲振盪的機理及其失穩的頻率特徵和模態特徵。此外，通過研究壁面邊界條件改變對熱聲振盪特徵頻率的影響規律，探討主/被動相結合，即複合控制途徑抑制鎂基水反應金屬燃料衝壓推進系統燃燒不穩定性的可行性。通過本項目的研究，對於我國當前正在竭力發展的金屬基燃料衝壓推進系統，從基礎研究的角度可以增加更多的技術儲備，同時將有助於尋找更為有效的熱聲振盪的控制途徑。
結題摘要
燃燒不穩定也稱熱聲振盪，是熱釋放脈動與壓力脈動相互耦合而致的一種低頻大振幅的振盪，普遍存在於各種動力裝置中。本研究著眼於新型高能的鎂基燃料衝壓發動機，對其潛在的燃燒不穩定性問題開展了理論研究，包括熱聲不穩定的機理研究、熱聲振盪特徵頻率的預測，並基於Rijke管熱聲裝置初步探討了改變壁面邊界條件對抑制熱聲振盪的有效性。 理論分析表明，對於鎂基水反應金屬燃料燃燒，水在高溫下的熱分解特性會引起燃燒過程中溫度的脈動，也即燃燒熱釋放的脈動，而不穩定的燃燒會產生聲音，聲音會在狹小的燃燒室腔內反射與熱釋放耦合，當熱釋放率脈動與聲壓脈動的相位差小於90度時，熱聲振盪即激起，引發低頻大振幅振盪。考慮鎂基水反應金屬燃料一次燃燒產物的速度不可忽略，平均流所引起的二次線性諧波及熵波渦波等均對熱聲振盪理論計算產生影響，因此考慮平均流影響，負責人建立了理論計算模型，獲得了鎂基燃料衝壓發動機內熱聲振盪的特徵頻率，得出鎂基燃料質量組分配比、進水口位置及水燃比均對熱聲振盪特性產生影響。結果給出了在固定燃料組分、發動機結構構型條件下，不產生熱聲振盪或熱聲振盪呈衰減趨勢的合理的水燃比範圍，為實際發動機工況提供了理論指導。 基於熱聲不穩定的破壞性，負責人還基於Rijke管熱聲裝置完成了壁麵條件改變對熱聲振盪的影響規律，實驗結果表明，“軟壁面”穿孔板背腔形式的採用減弱了發聲強度，並減小了穩定區域，在一定範圍內，背腔長度越長，控制效果越明顯，較大的穿孔率也有助於縮小發生區間並降低振盪主頻。實驗結果與預期一致，並可指導鎂基燃料衝壓發動機的熱聲振盪途徑，具有重大意義。
