超燃燃烧室火焰稳定技术的试验研究

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雅宝题库解析：
支板和凹腔是超燃冲压发动机燃烧室中目前应用最广泛的两种火焰稳定器。研究表明，支板后和凹腔内部的亚声速回流区作为稳定火焰的主要区域。支板可以将燃料直接带入主流中，实现燃料在燃烧室内的均匀分布。凹腔火焰稳定性能好，其内部的火焰可作为燃烧室中的常驻火源。本文采用双支板结合凹腔火焰稳定器结构，上游支板与下游支板十字交叉布置，同时满足超燃燃烧室模态转换及燃料在燃烧室内均匀分布的要求。运用UG软件进行燃烧室的结构设计，得到了满足试验需求的燃烧室构型。针对双支板/凹腔组合构型，在来流马赫数2.0，总温1231K下，应用Fluent软件对燃烧室流场进行了冷态和热态的数值模拟，得到了详细的流场结构。文中采用离散相模型模拟煤油液滴的雾化蒸发过程，有限速率涡耗散的单步反应模型模拟煤油燃烧。冷流结果表明，双支板的十字交叉布置实现了燃烧室内燃料的均匀分布，支板/凹腔组合结构促进了凹腔内部的质量交换，提高了煤油的掺混效率。热流结果表明，马赫2工况下上游支板喷射当量比大于0.1后，燃烧室溢流，在低当量比下可实现燃烧室的正常工作。研究了喷点位置，支板楔块及凹腔数目对燃烧性能的影响。发现随着上游喷点位置的后移煤油燃烧效率提高，下游喷点位置的后移燃烧效率下降；加入支板楔块和增加凹腔数目后，煤油燃烧效率提高，而总压恢复变化不大。本文中为了探索凹腔底壁喷射位置对乙烯的燃烧性能影响进行了数值模拟与试验研究。通过分析燃烧室壁面压力与数值模拟结果得到：凹腔底壁不同喷射位置对乙烯的点火性能影响不大，燃烧性能随喷点位置的后移下降。