小波瓣燃燒器燃燒特性實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究.pdf

1、現(xiàn)代航空航天中，微型衛(wèi)星、火箭以及飛行器的出現(xiàn)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)提出了更高的要求。而高能量密度的碳?xì)淙剂弦矠楦咝細(xì)鉁u輪等微型發(fā)動(dòng)機(jī)(Miniature engine)的應(yīng)用提供了可能。微型燃燒器作為基于燃燒的微型發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，相對(duì)于傳統(tǒng)燃燒器的摻混燃燒過程，其摻混燃燒目前至少面臨著以下三個(gè)方面的挑戰(zhàn)：（I）微型燃燒系統(tǒng)中，燃料同氧化劑混合燃燒的駐留時(shí)間約為常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的1/100，這大大制約了燃料同空氣混合及反應(yīng)的時(shí)間，故在微型發(fā)動(dòng)機(jī)中很難

2、實(shí)現(xiàn)燃料的完全燃燒；（II）微型發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)的尺寸很小，其特征尺寸與火焰的點(diǎn)火尺寸及燃燒的淬熄尺寸相近，這增加了燃燒的不穩(wěn)定性；（III）微發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室面容比較大，這會(huì)導(dǎo)致較大的熱損失，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，火焰穩(wěn)定區(qū)的燃燒溫度以及燃料的著火極限。波瓣混合器由于具有周期性的花瓣形結(jié)構(gòu)，能夠在其尾緣處產(chǎn)生沿流動(dòng)方向發(fā)展的流向渦陣列，使主、次流在較短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)充分混合。由于該特性的存在，波瓣混合器在航空發(fā)動(dòng)機(jī)增推、降噪等方面以及空氣渦輪

3、火箭/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（ATR）快速摻混、強(qiáng)化燃燒等方面較傳統(tǒng)的混合器，具有許多獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)流動(dòng)的相似定律，在毫米級(jí)波瓣噴管的流場(chǎng)中，也將會(huì)出現(xiàn)流向渦、正交渦等渦系結(jié)構(gòu)。故將毫米級(jí)波瓣噴嘴作為氣體燃料的燃燒器，即微小波瓣燃燒器，應(yīng)用于微型燃?xì)鉁u輪的燃燒室中，如果在燃燒器下游也出現(xiàn)渦系陣列，那么燃料同氧化劑不僅能夠充分混合，燃燒效率也將獲得提高，此外燃料在微波瓣燃燒器下游渦系的作用下在燃燒室內(nèi)的停留時(shí)間也將增加，這將提高燃燒的穩(wěn)定性。因此需

4、要對(duì)微波瓣燃燒器的應(yīng)用進(jìn)行研究。但到目前為止，僅有的報(bào)道都是基于分米級(jí)別的波瓣燃燒器，而同時(shí)關(guān)于毫米級(jí)別的微波瓣燃燒器幾乎沒有報(bào)道。
　　本研究采用數(shù)值仿真方法對(duì)微波瓣燃燒器、環(huán)形圓柱燃燒器的流動(dòng)、燃燒情況進(jìn)行了研究，得到了當(dāng)量比及摻氫比對(duì)燃燒器燃燒特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明：微波瓣燃燒器中流向渦的存在以及甲烷同氧氣混合面積的增加有助于提高燃料同氧化劑的混合，從而使得在不同當(dāng)量比及摻氫比環(huán)境下混合燃燒室內(nèi)均具有更快的化學(xué)反應(yīng)速率，更