《高壓電漿射流與整裝式含能液體相互作用特性研究》是依託南京理工大學，由莽珊珊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高壓電漿射流與整裝式含能液體相互作用特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：莽珊珊
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
項目以液體工質電熱化學超高速推進為背景，研究電熱電漿與整裝式含能液體的相互作用機理。利用高速錄像和紋影設備，觀測電漿射流在液體工質中的湍流摻混過程，建立整裝式條件下等離子射流與液體相互作用的二維多相流模型，分析等離子射流擴展﹑漸擴邊界處回流與旋渦等的時空演化特性，研究電漿射流擴展穩定性的關鍵影響因素；設計整裝式含能液體燃燒推進實驗裝置，測量高溫高壓瞬態燃燒工況下的壓力與溫度，研究燃燒室漸擴結構﹑等離子射流強度﹑推進室動邊界﹑含能液體工質燃燒速度等參數變化對燃燒推進過程的影響規律；在實驗基礎上，利用小波分析和非線性時間序列分析方法，得到關聯維數、最大Lyapunov指數等能定量描述系統動力學性質的非線性特徵量，揭示燃燒推進過程的動力學本質，探索燃燒穩定性控制方法。該項研究對促進高溫高壓瞬態燃燒領域的理論和實驗技術發展有重要學術價值。
結題摘要
本項目以電熱化學超高速推進為背景，提出以漸擴型燃燒室結構與電熱電漿點火相結合來增強燃燒推進過程穩定性的新方法，並開展了高壓電漿射流與整裝式含能液體相互作用特性的基礎性研究工作，主要研究內容及成果如下：（1）開展了電熱電漿射流在整裝式液體工質中擴展與摻混過程的實驗研究，通過設計專門的模擬實驗裝置，獲得了電漿在空氣中的自由射流和在模擬液體工質中的受限射流的擴展特性，得到了放電電壓、噴口直徑、噴口膜片厚度等參數對射流強度及其擴展過程的影響規律；（2）建立了電漿射流與整裝式液體工質相互作用的軸對稱非穩態多相流模型，將電漿的產生過程與射流擴展過程相耦合，進行了數值模擬，獲得了射流場中電導率、溫度、壓力、速度、組分等參數的時空分布及演化規律，揭示了通過放電電壓調節電熱電漿射流強度，進而影響射流擴展過程的控制機理；（3）開展了電漿點火下的燃燒推進實驗研究，觀測了高溫高壓燃燒室內的壓力變化過程，通過離散小波變換，提取出壓力振盪信號，並採用譜分析、相空間重構等方法，研究了壓力振盪時間序列的非線性動力學行為，得到最大Lyapunov指數等非線性特徵量，揭示出燃燒壓力振盪的混沌動力學本質；（4）開展了不同燃燒室結構和含能液體類型下的燃燒推進實驗，對比了燃燒室壓力過程及其壓力振盪行為，採用連續小波變換方法並結合本項目所建立的聲腔振盪模型，對壓力振盪的時頻特徵進行了分析，探討了與聲腔振盪和含能液滴的分散式燃燒有關的壓力振蕩產生機理；（5）建立了基於流體動力學理論和組分輸運方程的軸對稱氣液兩相流動與燃燒模型，數值模擬了圓柱型和階梯漸擴型燃燒室中的含能液體的化學反應流場，研究了溫度、速度、壓力、體積分數以及流場旋渦結構的分布演化特徵，揭示了階梯漸擴型燃燒室通過誘導徑向湍流、減緩燃氣空腔軸向擴展速度、抑制軸向Kelvin-Helmholtz不穩定效應，進而增強整裝式含能液體燃燒推進過程穩定性的機理。本項目研究成果為深入研究電熱電漿作用下的整裝式含能液體燃燒穩定性控制技術奠定了理論基礎。本項目已發表論文12篇，其中SCI收錄4篇，EI收錄5篇；培養研究生2名，其中1名已畢業。
