项目名称: 受限空间内超声速反应混合层生长特性及释热规律研究

项目编号: No.91541110

项目类型: 重大研究计划

立项/批准年度: 2016

项目学科: 能源与动力工程

项目作者: 秦飞

作者单位: 西北工业大学

项目金额: 65万元

中文摘要: 反应混合层是高超声速动力系统中典型的燃烧流动结构,结合火箭基组合循环发动机支板火箭的工作特点,本项目拟通过超声速火箭射流与超声速空气来流所形成的超-超射流火焰研究受限空间内、复杂波系作用下的超声速反应混合层生长特性和释热规律。设计高精度小型变参数试验系统,利用多场多组分燃烧诊断技术,结合高精度大涡模拟,从物理空间中的剪切层厚度、混合分数空间中的标量分布以及光学测量中的火焰边界出发,研究可压缩性与激波强度、对流速度、燃烧释热之间的函数关系,分析激波对于反应混合层发展、燃烧模式演化的影响,并计算不同燃烧模式对于释热量的贡献,获得几何约束和波系结构共同作用下的火焰精细结构、复合燃烧模式和能谱特征,建立描述反应混合层生长过程的预测模型,从细观层面揭示复杂波系作用下超声速反应混合层的释热规律及耦合机制,探索控制超声速反应混合层生长的方法,为实现受限空间内的可控燃烧提供技术支撑。

中文关键词: 受限空间;超声速反应混合层;生长特性;释热规律;燃烧模式

英文摘要: The mixing and reacting layer is a typical flow structure in the hypersonic propulsion systems. Based on the features of the rocket, which is an important part in the rocket-based combined cycle engine, the project aims at studying the growth characteristics and heat release of the supersonic mixing and reacting layer that is formed by the supersonic rocket jet and the supersonic air stream in confined space with complex waves. A small high-precision test system is established for the project. The combustion diagnosis and large eddy simulation are also used to explore the issue. The compressibility,which is regarded as a function of shock intensity, convective velocity, and heat release, is quantitatively investigated in terms of the thickness of the layer in physical space, the scalar distribution in mixture fraction space, and the measured flame border. Impacts of shock waves on the layer development and the combustion mode variation are carefully examined. The contributions to heat release by different combustion modes are also calculated. Flame structure, combustion mode, spectrum characteristics are studied with consideration of geometric constraints and wave structures. The growth model is built to predict the development of the supersonic mixing and reacting layer. The heat release coupled with shock waves is analyzed. Efforts are made to explore regulating methods for the development of the supersonic mixing and reacting layer. The results of this project are to lay the foundation for controllable combustion in confined space.

英文关键词: confined space;supersonic mixing and reacting layer;growth characteristics;heat release;combustion mode

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