喷射角对超声速燃烧室掺混和燃烧的影响-论文.pdf

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1、第40卷第4期航空发动机Vo1．40No．42014年8月AeroengineAug．2014喷射角对超声速燃烧室掺混和燃烧的影响贾真(中航空天发动机研究院有限公司，北京100028)摘要：针对壁面喷射方式，分别在冷态喷流和燃烧工况下探讨了喷射角的变化对超声速流场中的燃料掺混效果及燃烧效率的影响。研究表明：采用带角度喷射能明显减弱壁面垂直喷射导致的强激波，减小激波／边界层干扰带来的总压损失，在燃料掺混特性方面，减小喷射角会降低近场穿透距离，减弱近场的掺混效果，而对中场的穿透深度及掺混效果影响不大，但带角度喷射的远场的穿透深度及掺混不如垂直喷射。所以垂直喷射时，虽然更多的燃料和空气

2、发生掺混，燃烧效率要高于带角度喷射的，但会以牺牲很大的总压为代价，所以在工程中建议采用带角度喷射配合其他喷射方式。关键词：喷射角；激波／边界层干扰；总压损失；穿透深度；掺混；超声速燃烧室中图分类号：V235．21+I文献标识码：Adoi：10．13477~．cnki．aeroengine．2014．04．012InfluencesofCavityLeadingEdgeAngleonMixingandEfficiencyJIAZhen(AVICAcademyofAeronauticPropulsionTechnology100028，China)Abstract：Influence

3、sofinjectionangleonmixingbetweenfuelandair,combustionmixingandeficiencyinsupersonicflowfieldundertheconditionwith／withoutreactionswerenumericallyinvestigated．Itisf0undthatreducinginjectionanglecanobviouslydecreaseshockwavebytransverseinjectionandreducelossbyshockwave／turbulenceboundarylayerin

4、teraction．Forfuelairmixingcharacteristic，reducinginjectionanglewillweakdownpenetrationdepth，weakmixinginnear-fieldandfar-fiel~butalmosthavenoinfluenceonmixinginmiddle-field．TransverseinjectionCallenhancemixingbetweenfuelandairandincreasecombustioneficiencytoacertainextentatthecostofmuchtotalp

5、ressureloss．Therefore．reducingfuelinjectiona~gleinotherinjectionconcep~shouldbeapracticalapplication．Keywords：injectionangle；shockwave／turbulenceboundarylayerinteraction；totalpressureloss；penetrationdepth；mixing；supersoniceombustorO引言速燃烧室研究重点之一。壁面横向喷射是结构最简单、研究起步最早并具随着高超声速飞行器发展需求的增长，超燃冲压有一定火焰稳

6、定能力的燃料喷射方式。目前，以喷嘴发动机成为飞行马赫数Ma>5的飞行器首选的动力形状、喷射角度为研究重点。所采用的喷嘴以圆孔形居装置。超燃冲压发动机的核心技术之一是超声速燃烧多，其近场燃料掺混效果较好，穿透深度大啕。与圆孔喷室设计。国内外在此研究领域已取得大量研究成果，并进行了x-43、x一51等飞行验证试验。但目前仍有嘴相比，采用非圆孔形如椭圆形喷嘴171和楔形喷嘴181，使一些关键技术，比如燃料增强、混合及稳定燃烧技术燃料深人主流的穿透距离减小，同时总压恢复系数有等，亟待取得突破【1。超声速空气流过有限尺寸的燃一定增大，混合层扩展率有所增加，导致整体掺混效率烧室，停留时间为1

7、～2ms，且高马赫数流体的可压较高。Glawe等【9哚用了多种形状的喷孔进行试验，研缩效应能显著降低混合层的增长率。因此，如何有效究发现：从燃料和主流气体混合情况来看，圆孔喷口增强燃料和空气的掺混并实现稳定燃烧是目前超声效果较差，尤其在横向喷流时，差别更明显。收稿日期：2013—05～08作者简介：贾真(1983)，男，工程师，从事高性能吸气式航空发动机的设计工作；E-mail：jiazhen8302@163．e0m。弓1甩格式：贾真喷射角对超声速燃烧室掺混和燃烧的影响啦．航空发