对激波诱导斜爆震波机理的研究

《对激波诱导斜爆震波机理的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：V231.2论文编号：102870218-S126学科分类号：080701硕士学位论文对激波诱导斜爆震波机理的研究研究生姓名陈楠学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向燃烧技术指导教师唐豪教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchinMechanismoftheShock-Indu

2、cedDetonationWavesAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringByChenNanAdvisedbyProf.TangHaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表

3、或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要当前高超声速吸气式推进系统主要有两种方案，一种是基于扩散机制主导燃烧的超燃冲压发动机，另一种是基于激波诱导燃烧的激波诱燃发动机。相对于超燃冲压发动机，激波诱燃发动机结构更为紧凑，点火方式更简单，飞行马赫数范

4、围也更宽，但其火焰激发的机理复杂并且难以掌控，这限制了它的进一步发展。在众多激波诱燃推进方案中，斜爆震波发动机最为引人注目。在过去的几十年中，航空工业界针对斜爆震波进行了大量的研究工作。当超声速来流撞击斜劈尖块时，在斜楔面上形成了斜激波，混气在激波后被激发燃烧，从而形成了特殊的激波-燃烧波耦合结构。大量实验和数值模拟证明这种结构是可以稳定存在的。本文主要开展激波诱导斜爆震波的机理性研究，利用CFD技术手段探索可变边界条件下斜爆震波系结构的变化规律。斜爆震波的激发主要通过斜劈尖块激发超声速来流混气实现。由于爆震反

5、应极为迅速，来流条件也很苛刻，大部分研究通过数值模拟进行，采用固定边界条件获得稳定驻定的爆震波，但斜爆震燃烧室在实际工作中边界条件往往是瞬态变化的，因此研究可变边界条件下的斜爆震波系机构变化规律极具意义。考虑到来流温度由于混气掺混不均匀等因素极易发生波动，通过引入温度扰动研究了斜爆震波结构转化的形态。模拟结果表明，斜爆震波系结构能够顺利过度，但扰动传播过后，斜爆震波系的内部不稳定性被进一步被释放，胞格结构更加清晰；结合定量和定性分析发现，扰动主要以激波、膨胀波和弱压缩波的形式在燃烧室内传播；对比温降和温升两种扰

6、动的结果得出，三种波在爆震区内传播过程中的位置分布相同，但在爆燃区内却完全相反，造成这种结果的主要原因是两种扰动引发的弱压缩波的强度不同，从而对斜爆震波的结构调整所起到的作用也存在很大区别；在温降扰动下，三种波沿壁面向下游传播，其中激波会呈现出弓形激波、马赫发射、规则反射和近乎垂直于壁面的正激波四种形态，而在温升扰动下，三种波沿斜爆震波面向下游传播，传播形态也较为稳定。在以往的研究中，来流组份含量的变化对斜爆震波结构的影响没有受到足够的重视。鉴于此，本文研究了当量比对斜爆震波的影响。结果显示，随着当量比增大，诱

7、导区长度呈U型曲线变化，在此过程中温度起到了关键作用。通过研究诱导区末端的压力分布发现，诱导区末端的压缩波强度是影响诱导区过渡形式的决定性因素。当量比在0.6~2.5之间时，压缩波强度较强，过渡形式为突变型，超出该范围，压缩波强度较弱，过渡形式为平滑型。此外，结合定容燃烧（CVC）理论分析了不同来流压力下的诱导区长度随当量比的变化情况，得出诱导区内的化学动力学效应影响了诱导区长度，使其沿理论所预测的U型曲线变化；气动力学效应影响了诱导区长度的变化幅度和速率，避免其过度增大或减小。本文最后研究了N2对斜爆震波结构

8、的影响，通过对比斜爆震波后压力和HO2质量浓度I对激波诱导斜爆震波机理的研究变化情况，发现N2含量较低时，气流在斜爆震波后会发生二次燃烧，反应区内形成强压缩波。随N2含量升高，二次燃烧现象和压缩波逐渐减弱直至消失。此外，本文讨论了温度对斜爆震波后流场的影响，结果表明，降低温度能够促进气流的二次燃烧。关键词：斜爆震波；OpenFOAM；温度扰动；当量比；诱导区；二次燃烧II南京航空航天大