《雙模態衝壓發動機模態轉換過程中的遲滯問題研究》是依託北京航空航天大學，由徐旭擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：雙模態衝壓發動機模態轉換過程中的遲滯問題研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：徐旭
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
對雙模態衝壓發動機燃燒模態轉換過程中的遲滯問題開展實驗和數值模擬研究。實驗基於長時間直連式超燃實驗台，分別採用煤油和乙烯為燃料，凹腔、支板和氣動斜坡為火焰穩定器，在連續工作條件下完成燃料噴射位置、當量比的改變，實現亞燃和超燃模態的相互轉換。通過分析壁面壓力數據判別燃燒模態；通過TDLAS技術測量局部火焰溫度和燃燒產物濃度分析燃燒狀態的強弱；通過高速紋影捕捉模態轉換過程中的動態圖象；通過高頻壓力測量捕捉模態轉換過程中壓力振盪的特徵頻率。採用非定常流場計算方法模擬模態轉換過程，多級Runge-Kutta法用於時間離散，AUSM系列格式用於空間離散，火焰面模型或有限速率化學動力學模型結合離散相兩相流模型、PDF湍流燃燒模型模擬碳氫燃料的燃燒。通過本項目的研究，力爭從實驗現象上揭示遲滯發生的影響因素，從數值計算結果中發掘產生遲滯的流場細觀特徵，探討遲滯現象的產生機理和工程上控制遲滯發生的有效方法。
結題摘要
開展了超燃衝壓發動機模態轉換的試驗和數值模擬研究，採用了兩種不同類型的燃燒室構型對雙模態超燃衝壓發動機中的模態轉換問題進行試驗研究，包括使用氫氣和乙烯為燃料的氣動斜坡燃燒室和使用液體煤油為燃料的雙支板燃燒室。在不同的燃燒室構型中，試驗捕捉到了模態轉換中的遲滯現象，並進一步研究了影響遲滯的因素。在以煤油為燃料的雙支板構型燃燒室中，採用可調文氏管動態改變燃料當量比，實現燃燒從亞燃到超燃以及超燃到亞燃的模態轉換。實驗發現，在較低來流馬赫數和總溫（Ma 2.0，總溫1231K）下，燃燒室下游火焰向上游傳播的主要途徑是通過壁面附面層的分離區；在較高來流總溫下（Ma 3.0，總溫1899K），燃燒室下游火焰向上游傳播的途徑增加了通道中央的爆燃轉爆轟波（DDT）機制。隔離段分離區的大小和整體燃燒效率的高低決定了模態轉換中遲滯的程度，在本項目的試驗中，高來流馬赫數下的遲滯弱於低來流馬赫數下，氫氣燃料的遲滯弱於乙烯燃料。 採用了定常和非定常手段對雙模態超燃衝壓發動機的模態轉換過程進行了模擬，燃燒計算中重點考察了火焰面模型在雙模態超燃衝壓發動機中的適用性問題。結果表明，對於氫和碳氫燃料，火焰面模型的預測結果都是可以接受的，但在氫燃料雙模態超燃衝壓發動機中的適用性更高。相比而言，部分預混火焰面模型由於其考慮了火焰面的非穩態分支，能夠捕捉到燃料混而不燃的現象，更適用於超聲速燃燒的數值模擬。
