超临界环境下自由射流剪切层的时空稳定性

项目名称： 超临界环境下自由射流剪切层的时空稳定性

项目编号： No.11302013

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 富庆飞

作者单位： 北京航空航天大学

项目金额： 28万元

中文摘要： 超临界自由射流剪切层流动稳定性对液体火箭发动机燃烧室内推进剂的喷注及掺混过程有重大影响，开展该问题的研究具有重要的应用背景和学术价值。本项目以超临界氢/氧同轴射流剪切层为研究对象，开展时空模式稳定性和失稳模式研究。考虑真实气体效应以及剪切层平均流的速度型、温度和密度分布，采用正则模形式的小扰动分析方法对流动控制方程、边界条件和超临界流体状态方程进行线性化，并使用谱方法数值求解关于扰动波数和频率的特征值问题。预测超临界剪切层不稳定波长和频率，分析超临界流体物性参数、流动参数等对剪切层稳定性的影响，考察优势失稳模式，分析造成不同失稳模式的物理本质，找出绝对/对流不稳定之间相互转换的参数边界。本项目以揭示超临界自由射流剪切层的失稳机理为目标，探索剪切层流动稳定性对掺混过程的影响规律，为氢氧喷注器设计提供理论依据和指导。

中文关键词： 超临界流体；剪切层；时空稳定性；绝对不稳定；射流

英文摘要： The flow stability of supercritical shear layer has great influence on the spray and mixing of propellants in combustion chamber of liquid rocket engine. It is of both great practical and theoretical interest to study the stability of supercritical shear layers. It is planed to study the spatial-temporal stability behavior and destabilization modes of the supercritical shear layer of Hydrogen/Oxygen coaxial jet in this project. The real-gas effects and the velocity profile, temperature profiles and density distribution will be taken into account in the analysis. The governing equations, boundary conditions and equations of state for supercritical fluid will be linearized based on the normal mode perturbations. The eigenvalue problem of disturbance wave number and frequency will be solved with spectral method. The disturbance wavenumber and frequency of the supercritical shear layer will be precicted. The effects of physical properties and flow parameters on the stability of shear layer will be discussed. The dominant destabilizing modes will be detected and the physical essence of the destabilizing modes will be analyzed. The transition boundaries for absolute/convective instability will also be found out. This project aims at finding out the destabilizing mechanism of the supercritical shear layer and the influ

英文关键词： supercritical fluid；shear layer；spatial-temporal instability；absolute instability；jet