基于小尺寸模型分析氢氧旋转爆轰波传播的不稳定性机制

1

作者 徐鸿飞 王放 +1 位作者 武郁文 翁春生 《爆炸与冲击》 EI CAS 北大核心 2025年第1期28-40,共13页

氢氧的高反应活性给旋转爆轰波的稳定传播带来了巨大的挑战,为研究氢氧旋转爆轰波传播不稳定性,通过改变当量比对小尺寸模型下二维氢氧旋转爆轰波进行数值模拟研究,揭示了氢氧旋转爆轰波复杂多变的传播特性,并分析了典型流场结构,探讨... 氢氧的高反应活性给旋转爆轰波的稳定传播带来了巨大的挑战,为研究氢氧旋转爆轰波传播不稳定性,通过改变当量比对小尺寸模型下二维氢氧旋转爆轰波进行数值模拟研究,揭示了氢氧旋转爆轰波复杂多变的传播特性,并分析了典型流场结构,探讨了传播模态的不稳定性以及爆轰波湮灭和再起爆机制。结果表明:随着当量比的提高,流场内分别呈现熄爆、单波、单双波混合3种传播模态,且爆轰波的传播速度随当量比的增大几乎呈线性提高,速度亏损为5%~8%。激波的扰动使得爆燃面失稳产生明显的扭曲和褶皱,氢氧的高反应活性让爆燃面明显分层且在2个分界面上呈现不同的不稳定性,上分界面为Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性,下分界面为Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性。单双波混合模态下爆轰波极不稳定,保持湮灭、单波、双波对撞3种状态之间循环。爆轰波有2种湮灭方式:一是双波对撞导致爆轰波湮灭,二是爆燃面燃烧加剧使得爆燃面下移导致爆轰波湮灭。再起爆的主要原因是:R-T不稳定性诱导爆轰产物与新鲜预混气在爆燃面上相互挤压产生尖峰和气泡结构,增强爆燃面上的反应放热,产生了局部热点并逐渐增强为爆轰波,实现爆燃转爆轰。 展开更多

关键词 旋转爆轰波 传播特性 当量比 不稳定性 湮灭再起爆

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侧向膨胀效应下激波与涡轮平面叶栅相互作用机理研究

2

作者 李想 武郁文 +2 位作者 李群 聂嘉仪 翁春生 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期66-79,共14页

爆轰燃烧具有更低的熵增率和更高的热循环效率,利用旋转爆轰燃烧室替代涡轮喷气式发动机的主燃烧室可以进一步提高其工作性能。为研究旋转爆轰波组合发动机内部的工作过程,建立激波管与涡轮平面叶栅耦合计算模型,考虑激波传播方向的影响... 爆轰燃烧具有更低的熵增率和更高的热循环效率,利用旋转爆轰燃烧室替代涡轮喷气式发动机的主燃烧室可以进一步提高其工作性能。为研究旋转爆轰波组合发动机内部的工作过程,建立激波管与涡轮平面叶栅耦合计算模型,考虑激波传播方向的影响,分析激波在侧向膨胀效应下与涡轮叶片相互作用机理,并在此基础上进一步开展可视化实验研究。结果表明:在侧向膨胀效应影响下,激波波阵面从竖直形状转变为弯曲形状,波后气流在直角台阶处形成一个三角形的局部超声速区域,随后弯曲激波与涡轮叶片的前缘处、压力面、吸力面和尾缘处相互作用,在叶栅通道内形成复杂的波系结构。静子叶栅和转子叶栅对压力和温度有着不同程度的抑制作用,当弯曲激波相对于叶片垂直时,叶栅的抑制更为明显。对比分析了实验与数值模拟获得的激波系在涡轮平面叶栅通道内的传播及演化过程,发现激波演化的时空特性高度一致,实验与数值模拟结果吻合良好。观测到弯曲激波在叶片尾缘处发生衍射,波阵面面积明显增大且激波传播方向改变,随着激波继续传播,叶片尾缘处伴随着脱落涡产生。 展开更多

关键词 旋转爆轰燃烧室 侧向膨胀效应 涡轮平面叶栅 弯曲激波 纹影观测

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基于大涡模拟方法的三维旋转爆轰流场结构研究

3

作者 雷特 武郁文 +3 位作者 徐高 邱彦铭 康朝辉 翁春生 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期85-96,共12页

为研究环形燃烧室中边界层、黏性、湍流模拟方法对旋转爆轰流场结构的影响,采用开源计算流体动力学软件OpenFOAM,以氢气为燃料、空气为氧化剂,基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法、RANS方法、Euler方法,分别结合滑移和无滑移... 为研究环形燃烧室中边界层、黏性、湍流模拟方法对旋转爆轰流场结构的影响,采用开源计算流体动力学软件OpenFOAM,以氢气为燃料、空气为氧化剂,基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法、RANS方法、Euler方法,分别结合滑移和无滑移边界,对三维旋转爆轰发动机模型进行数值模拟,分析对比不同计算方法下旋转爆轰流场结构。着重讨论以LES方法得到的流场结构。研究结果表明:当采用滑移边界时内、中、外截面的流场温度无太大差异,当采用无滑移边界时内外壁面温度高于中间截面,边界层会影响近壁区域气体的流动速度,导致内外壁面爆轰波高度低于中间截面,还会影响燃烧产物的流动状态轴向截面上爆轰波波头产生变形;不同湍流计算方法得到的旋转爆轰流场结构存在相似性,黏性是影响旋转爆轰流场结构的主要原因。研究结果对于揭示边界层和黏性对旋转爆轰的影响机制具有一定的科学意义。 展开更多

关键词 大涡模拟 旋转爆轰燃烧室 数值模拟 流场结构

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液态燃料喷注压力对旋转爆轰波影响的实验研究 被引量：6

4

作者 郑权 魏万里 +2 位作者 翁春生 武郁文 孟豪龙 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期2790-2797,共8页

为了深入研究液态燃料旋转爆轰波传播特性,以汽油为燃料,富氧空气为氧化剂,开展了液态燃料喷注压力对旋转爆轰波传播特性影响的实验研究。使用马尔文粒度仪对不同喷注压力下的雾化流场进行测量,结果表明:在喷嘴出口各平面上的液滴粒径... 为了深入研究液态燃料旋转爆轰波传播特性,以汽油为燃料,富氧空气为氧化剂,开展了液态燃料喷注压力对旋转爆轰波传播特性影响的实验研究。使用马尔文粒度仪对不同喷注压力下的雾化流场进行测量,结果表明:在喷嘴出口各平面上的液滴粒径均满足正态分布;且随着喷注压力的增大,液滴雾化细度不断改善,在距离喷嘴出口60mm处二次雾化基本完成。在汽油质量流率为96g/s,当量比为1.3工况下,旋转爆轰波以单波模态传播,传播频率为2494Hz,平均传播速度为1198m/s。液态燃料的喷注压力对旋转爆轰波的传播特性具有较大的影响,当喷注压力为0.6MPa时,由于液滴的雾化粒径较大,无法形成旋转爆轰波。随着喷注压力的增大,液滴雾化细度得到改善,旋转爆轰波可以成功起爆并稳定自持传播,传播速度和平均压力均逐渐增大,传播稳定性也得到改善。 展开更多

关键词 旋转爆轰波 液态燃料 雾化 喷注压力 传播特性

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推进剂总质量流量对连续旋转爆轰发动机性能影响实验研究 被引量：2

5

作者 李宝星 翁春生 +2 位作者 郑权 武郁文 魏万里 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1217-1226,共10页

为了研究推进剂总质量流量对连续旋转爆轰发动机(CRDE)爆轰波传播特性以及推力性能的影响,在环缝-喷孔对撞式喷注H2/Air的CRDE上开展了一系列实验。基于测量的高频压力信号,详细分析了不同推进剂总质量流量工况下爆轰波传播的典型波形... 为了研究推进剂总质量流量对连续旋转爆轰发动机(CRDE)爆轰波传播特性以及推力性能的影响,在环缝-喷孔对撞式喷注H2/Air的CRDE上开展了一系列实验。基于测量的高频压力信号,详细分析了不同推进剂总质量流量工况下爆轰波传播的典型波形、速度与频率以及稳定性。测量了CRDE长时间工作产生的推力,并讨论燃料比冲的变化情况。实验结果表明,当量比不变时,随着总质量流量的增加,爆轰波依次表现传播方向转变、双波对撞向单波同向转变、单波同向、以及双波同向与单波同向共存四种传播模式,平均传播速度和频率呈现出先增大后减小的趋势;推进剂总质量流量偏高或偏低,爆轰波均表现为不稳定传播模态。发动机产生的平均推力随着总质量流量的增大而呈线性增大,燃料比冲则是先增大后减小,当推进剂总质量流量为593.60g/s,获得基于燃料的比冲最大为5159s。 展开更多

关键词 推进剂总质量流量 连续旋转爆轰发动机 爆轰波 传播特性 推力性能

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预膜式杆射哨超声波喷嘴雾化特性研究 被引量：2

6

作者 武郁文 韩启祥 +1 位作者 杨光远 王家骅 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1123-1128,共6页

为了探索超声波喷嘴应用于脉冲爆震发动机的可行性,设计了一种预膜式杆射哨超声波喷嘴,并采用激光粒度仪和高速相机对其雾化特性进行了实验研究,得到了其流量特性、液滴索太尔平均直径SMD和雾化角度。实验结果表明:在满足喷嘴流量的要求... 为了探索超声波喷嘴应用于脉冲爆震发动机的可行性,设计了一种预膜式杆射哨超声波喷嘴,并采用激光粒度仪和高速相机对其雾化特性进行了实验研究,得到了其流量特性、液滴索太尔平均直径SMD和雾化角度。实验结果表明:在满足喷嘴流量的要求下,平均雾化粒径SMD约为20μm,液滴尺寸分布指数N大于2;SMD随油压差的变大而略有增大,随气液比ALR的增加而减小;随着测点距喷嘴出口的距离变大,SMD增大;共振腔距离喷嘴出口15mm时雾化效果最好;喷雾角度随着油压差的增加而增大。 展开更多

关键词 超声波喷嘴 雾化特性 流量特性 喷雾角度 平均粒径

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混气活性对爆震波在突扩段传播特性的影响研究

7

作者 武郁文 韩启祥 王家骅 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期826-833,共8页

为研究爆震波经过突扩段的传播特性,实验采用低活性混气C2H2+2.5O2+70%Ar和高活性混气C2H2+2.5O2,测量了爆震波在扩张比为1.34的圆管间传播的速度变化,并运用化学反应动力学分析爆震波动力学参数。结果表明:爆震波在小管出口的速度至多... 为研究爆震波经过突扩段的传播特性,实验采用低活性混气C2H2+2.5O2+70%Ar和高活性混气C2H2+2.5O2,测量了爆震波在扩张比为1.34的圆管间传播的速度变化,并运用化学反应动力学分析爆震波动力学参数。结果表明:爆震波在小管出口的速度至多降至0.6倍的Chapman-Jouguet爆震波速。高活性混气触发的爆震波的成功传播是由于在大管产生局部爆炸,随后形成了过驱爆震波。相应地,低活性混气触发的爆震波不会形成过驱爆震波,且波速的波动范围较小。当预混气体压力小于爆震波从小管向大管成功传播的最低压力时,低活性混气触发的爆震波更快地衰减为爆燃波。通过化学反应动力学分析可知,高活性混气的爆震波稳定性参数较高,更容易形成局部爆炸。在最低压力处两种混气的爆震波诱导区长度接近0.8mm,管径与胞格宽度之比接近于1,因此爆震波在圆管中传播的准则可以用于预估爆震波在扩张比为1.34的圆管内能否成功传播。 展开更多

关键词 爆震波 突扩段 混气活性 传播特性 化学反应动力学 爆震波动力学参数

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孔板扰动对爆轰波胞格结构特性影响的实验研究 被引量：2

8

作者 武郁文 褚驰 +1 位作者 翁春生 郑权 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期12-20,共9页

实验采用稳定预混气2H2+O2+3Ar及不稳定预混气C2H2+5N2O和CH4+2O2,在圆形爆轰管内通过烟膜手段记录了爆轰波的胞格结构,得到了胞格尺寸与初始压力之间的关系式;研究了胞格结构在扰动上下游的变化过程,分析了胞格不稳定性对胞格结构特征... 实验采用稳定预混气2H2+O2+3Ar及不稳定预混气C2H2+5N2O和CH4+2O2,在圆形爆轰管内通过烟膜手段记录了爆轰波的胞格结构,得到了胞格尺寸与初始压力之间的关系式;研究了胞格结构在扰动上下游的变化过程,分析了胞格不稳定性对胞格结构特征的影响,获得了爆轰波经过扰动后重新恢复至平衡状态的特征尺度。结果表明:爆轰波经过扰动后,对于稳定预混气,在扰动下游主胞格结构变得不规则,没有出现次生胞格;对于不稳定预混气,扰动下游伊始爆轰波的次生模态被抑制,由于爆轰波自身的不稳定性,随后出现了局部爆炸点及精细胞格结构;爆轰波在扰动下游传播了一段距离后恢复至平衡状态,该长度在8~15倍之间的胞格尺寸范围内变化,并且随初始压力的变化趋势并不明显。研究结果反映出爆轰波经过孔板扰动后恢复至平衡态所需的长度与爆轰波流体动力学厚度相当。 展开更多

关键词 爆轰波 孔板扰动 胞格不稳定性 特征尺度

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氧化剂喷注面积对连续旋转爆轰波传播特性影响的实验研究 被引量：8

9

作者 魏万里 翁春生 +2 位作者 武郁文 郑权 李宝星 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期2345-2353,共9页

为了研究氧化剂喷注面积对连续旋转爆轰波传播特性的影响,以H2为燃料、空气为氧化剂,在喷孔-环缝式连续旋转爆轰发动机上开展了一系列试验研究。基于燃烧室内高频压力信号和氧化剂集气腔内的压力信号,分析了氧化剂喷注面积对连续旋转爆... 为了研究氧化剂喷注面积对连续旋转爆轰波传播特性的影响,以H2为燃料、空气为氧化剂,在喷孔-环缝式连续旋转爆轰发动机上开展了一系列试验研究。基于燃烧室内高频压力信号和氧化剂集气腔内的压力信号,分析了氧化剂喷注面积对连续旋转爆轰波传播过程、速度亏损和稳定性以及爆轰波波头高度的影响。试验结果表明:当推进剂质量流量不变时,增大氧化剂喷注面积,爆轰波传播速度亏损增大,爆轰波稳定性变差,同时爆轰波波头高度减小;在氧化剂喷注面积为217. 1 mm2、当量比为0. 9时,爆轰波平均速度达到1 800 m/s,为理论Chapman-Jouguet速度的93%,同时爆轰波表现最为稳定;当氧化剂喷注面积不变时,随着当量比的增大,爆轰波传播的稳定性先升高、后降低。 展开更多

关键词 连续旋转爆轰发动机 爆轰波 氧化剂喷注面积 传播特性 速度亏损

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基于液体碳氢燃料的旋转爆轰燃烧特性研究 被引量：4

10

作者 丁陈伟 翁春生 +3 位作者 武郁文 白桥栋 汪小卫 董晓琳 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期1-16,共16页

为了探索液体碳氢燃料参与旋转爆轰所产生的不完全燃烧现象,采用守恒元与求解元方法,开展柱坐标系下的汽油/空气两相旋转爆轰燃烧室三维数值模拟研究,针对燃料喷注压力和反应物当量比对旋转爆轰流场结构及燃烧室性能的影响进行分析。分... 为了探索液体碳氢燃料参与旋转爆轰所产生的不完全燃烧现象,采用守恒元与求解元方法,开展柱坐标系下的汽油/空气两相旋转爆轰燃烧室三维数值模拟研究,针对燃料喷注压力和反应物当量比对旋转爆轰流场结构及燃烧室性能的影响进行分析。分析结果表明:保持总当量比为1.00,随着燃料喷注压力的上升,燃烧室内燃料不均匀分布增强,产生局部富燃区,燃料在燃烧室未能完全反应,导致燃烧室燃料比冲下降;保持喷注压力不变,减小当量比,在贫燃工况下依然存在局部富燃区,导致燃烧室内出现不完全燃烧现象,降低燃烧室比冲性能。由此可知,反应物喷注方案对气液两相旋转爆轰的不完全燃烧有显著影响。 展开更多

关键词 气液两相 旋转爆轰 守恒元和求解元方法 不完全燃烧 燃烧室

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环形燃烧室中凹腔对C_(2)H_(4)/Air旋转爆轰流场影响的数值模拟 被引量：5

11

作者 孟豪龙 翁春生 +4 位作者 武郁文 郑权 肖强 王放 白桥栋 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1063-1074,共12页

为研究环形燃烧室中凹腔对旋转爆轰流场的影响,通过在开源计算流体动力学软件OpenFOAM框架内求解Navier-Stokes方程,对C_(2)H_(4)/Air旋转爆轰燃烧室(RDC)进行三维数值模拟研究。保持进气总压为0.6 MPa,分别在总温300 K、600 K和800 K... 为研究环形燃烧室中凹腔对旋转爆轰流场的影响,通过在开源计算流体动力学软件OpenFOAM框架内求解Navier-Stokes方程,对C_(2)H_(4)/Air旋转爆轰燃烧室(RDC)进行三维数值模拟研究。保持进气总压为0.6 MPa,分别在总温300 K、600 K和800 K条件下对比同轴圆环形和凹腔基环形两种构型RDC的主要流场特征,研究凹腔对旋转爆轰波传播特性的影响,定量分析不同热释放速率下消耗的燃料占比,对比了不同热释放速率下消耗的燃料比例。结果表明:对于凹腔基环形RDC,在凹腔内存在回流区,导致在凹腔上游流速缓慢,但在凹腔收缩段流动明显加速,RDC出口的面平均马赫数大于与之对应的同轴圆环形RDC;受燃料向RDC出口和凹腔内壁方向侧向膨胀的影响,相对于同轴圆环形RDC,爆轰波在凹腔基环形RDC中传播时具有更高的速度亏损;部分新鲜燃料与燃烧产物在凹腔内混合,提高了爆轰波波前反应物的温度;在相同进气条件下,同轴圆环形RDC以爆轰形式消耗的燃料占比更多。所得研究结果对RDC的结构设计和优化具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 旋转爆轰流场 环形燃烧室 凹腔 热释放速率 传播特性

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基于OpenFOAM的三维H2/Air连续旋转爆轰流场数值模拟 被引量：8

12

作者 孟豪龙 翁春生 +2 位作者 武郁文 郑权 魏万里 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1351-1360,共10页

为进一步研究旋转爆轰流场特征,基于开源计算流体动力学软件OpenFOAM,采用9组分19步的基元化学反应模型,对H2/Air连续旋转爆轰流场进行了三维数值模拟,得到了旋转爆轰波稳定传播时燃烧室内部流场的详细结构,研究了燃烧室头部激波的传播... 为进一步研究旋转爆轰流场特征,基于开源计算流体动力学软件OpenFOAM,采用9组分19步的基元化学反应模型,对H2/Air连续旋转爆轰流场进行了三维数值模拟,得到了旋转爆轰波稳定传播时燃烧室内部流场的详细结构,研究了燃烧室头部激波的传播特性,分析了旋转爆轰燃烧室的压力增益性能。结果表明:旋转爆轰波后的第一道反射激波在由燃烧室外壁面向内壁面传播过程中反射激波的高度增加并在靠近内壁面附近与滑移线交汇形成局部高温高压区域;旋转爆轰波在外壁面位置处相位约落后于内壁面0.003rad^0.15rad,其相位差随燃烧室曲率差的增加而增大;燃烧室头部反射激波数目受到曲率差和进气总压的影响,燃烧室曲率差增大,反射激波数目减少,进气总压增大,反射激波数目增多;燃烧室压力增益保持在0.3以上,在进气总压一定的条件下,压力增益随着燃烧室曲率差的增大有增加的趋势。研究结果揭示了三维旋转爆轰流场的精细结构和燃烧室头部激波的传播规律。 展开更多

关键词 旋转爆轰流场 反射激波 传播特性 数值模拟 压力增益

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中心锥对液态燃料旋转爆轰发动机工作过程与性能的影响 被引量：7

13

作者 魏万里 郑权 +2 位作者 鲁江涛 翁春生 武郁文 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1185-1194,共10页

为分析中心锥对液态燃料旋转爆轰发动机(RDE)工作特性的影响,在环形阵列式RDE上,以汽油/富氧空气为工质,开展了液态燃料RDE实验研究。测量发动机在不同中心锥位置l/L(l为燃烧室内壁面等直段末端与燃烧室外壁面末端的距离,L为燃烧室外壁... 为分析中心锥对液态燃料旋转爆轰发动机(RDE)工作特性的影响,在环形阵列式RDE上,以汽油/富氧空气为工质,开展了液态燃料RDE实验研究。测量发动机在不同中心锥位置l/L(l为燃烧室内壁面等直段末端与燃烧室外壁面末端的距离,L为燃烧室外壁面长度)和中心锥锥角θ时的一维推力,分析了推力和燃料比冲的变化趋势。实验结果表明:改变l/L和θ未对旋转爆轰波传播模态产生影响,各工况下旋转爆轰波均为双波对撞模态;受预爆轰管切向喷注孔的影响,双波对撞点无法稳定于预爆轰管出口附近;爆轰波传播速度和频率随中心锥位置的前移呈下降趋势,当l/L=0%、θ=20°时,推力和燃料比冲分别为951.6 N和1151.8 s,为所有实验工况中最大值;随着l/L或θ增大,爆轰产物轴向膨胀距离变短,中心锥头部突扩位置处膨胀波影响增强,外流场中心锥型面约束作用减弱且高温燃气径向膨胀增强,发动机出口高温燃气轴向分速度逐渐减小,发动机推力和燃料比冲逐渐减小;当l/L>25.5%或θ>40°时,受熄爆再起爆和膨胀波增强影响,发动机推力和燃料比冲下降速率增大。 展开更多

关键词 旋转爆轰发动机 液态燃料 中心锥 双波对撞模态 推力 比冲

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考虑燃料雾化的气液两相连续旋转爆轰数值模拟 被引量：6

14

作者 徐高 翁春生 +2 位作者 康楠 武郁文 郑权 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期175-183,共9页

为研究气液两相连续旋转爆轰发动机燃烧室内爆轰波的传播特性,以汽油为燃料,富氧空气为氧化剂,建立了欧拉-拉格朗日模型进行二维数值仿真,其中气相方程采用时空守恒元与求解元方法求解,液相方程采用标准四阶龙格库塔法求解。在两相旋转... 为研究气液两相连续旋转爆轰发动机燃烧室内爆轰波的传播特性,以汽油为燃料,富氧空气为氧化剂,建立了欧拉-拉格朗日模型进行二维数值仿真,其中气相方程采用时空守恒元与求解元方法求解,液相方程采用标准四阶龙格库塔法求解。在两相旋转爆轰模型还考虑了液滴雾化破碎过程。计算结果表明:起爆后形成的初始爆轰波经过初始燃料填充区域后逐渐衰减,随后入口附近新生成的压力波经过一系列发展形成了自持稳定传播的旋转爆轰波;旋转爆轰波的传播模态受燃料与氧化剂的喷注压力和氧化剂填充比影响,在不同工况下旋转爆轰波呈现出4种传播模态,即稳定单波模态、稳定双波模态、不稳定双波模态和不稳定单波模态;在双波模态工况下,燃烧室内初始只形成1个爆轰波,后由入口附近局部爆炸产生的压力波发展为新的爆轰波,转化为双波模态后爆轰波的强度略有下降,但燃烧室整体推力更加平稳。 展开更多

关键词 连续旋转爆轰发动机 两相爆轰 欧拉-拉格朗日模型 雾化 时空守恒元与求解元方法 传播模态

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气相与液相两相连续旋转爆轰发动机二维数值模拟 被引量：3

15

作者 徐高 翁春生 +2 位作者 武郁文 郑权 白桥栋 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期21-29,共9页

为了研究气相与液相两相连续旋转爆轰发动机爆轰波传播特性及内流场结构,建立气相与液相两相爆轰欧拉-拉格朗日模型,模型中考虑了液态燃料的喷射雾化过程。采用时空守恒元与求解元方法和标准4阶Runge-Kutta法分别求解气相和液相控制方程... 为了研究气相与液相两相连续旋转爆轰发动机爆轰波传播特性及内流场结构,建立气相与液相两相爆轰欧拉-拉格朗日模型,模型中考虑了液态燃料的喷射雾化过程。采用时空守恒元与求解元方法和标准4阶Runge-Kutta法分别求解气相和液相控制方程,并对计算得到的燃烧室内流场参数分布进行分析。计算结果表明:最终在燃烧室入口附近形成了连续传播的旋转爆轰波;爆轰波和斜激波分别造成了入口边界和出口边界上的参数间断;旋转爆轰波在传播过程中强度会不断变化。 展开更多

关键词 连续旋转爆轰发动机 气相与液相两相 喷射雾化 时空守恒元与求解元方法 欧拉-拉格朗日模型

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连续旋转爆轰波传播过程试验研究 被引量：2

16

作者 王放 翁春生 +2 位作者 李宝星 武郁文 郑权 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期688-693,共6页

为研究连续旋转爆轰波的传播过程,采用充填H2/O2混气的切向预爆轰管起爆,开展了H2/Air连续旋转爆轰发动机试验研究。在当量比为0.76的工况下,试验成功起爆并实现了旋转爆轰波的自持传播,获得的连续旋转爆轰波传播主频为5211.25 Hz,传播... 为研究连续旋转爆轰波的传播过程,采用充填H2/O2混气的切向预爆轰管起爆,开展了H2/Air连续旋转爆轰发动机试验研究。在当量比为0.76的工况下,试验成功起爆并实现了旋转爆轰波的自持传播,获得的连续旋转爆轰波传播主频为5211.25 Hz,传播波速为1439.97 m/s。分析了连续旋转爆轰波的起爆、传播和熄爆过程,发现在连续旋转爆轰波的起爆过程中,预爆轰管产生的初始爆轰波进入连续旋转爆轰发动机后,并未直接转变为连续旋转爆轰波,而是经历了一个爆燃转爆轰的过程。在此过程中,激波压力峰值的分布由疏到密,激波强度不断增大,说明连续旋转爆轰发动机内压缩波系逐渐汇合增强,形成前导激波,不断诱导引爆可燃混气,最终形成爆轰波。在旋转爆轰波的熄爆过程中,切断燃料供给之后,爆轰波并没有立即解耦,而是在旋转数周之后,才完全解耦为爆轰产物。 展开更多

关键词 连续旋转爆轰波 起爆 H2/Air 传播过程

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气体与液体两相连续旋转爆轰波二维数值模拟研究 被引量：2

17

作者 王放 翁春生 +2 位作者 武郁文 白桥栋 郑权 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期681-691,共11页

为研究汽油与富氧空气两相连续旋转爆轰发动机的工作特性,使用非结构化三角形网格守恒元与求解元(CE/SE)方法对气体与液体(简称气液)两相连续旋转爆轰波进行了二维数值模拟。通过数值模拟获得连续旋转爆轰波传播的不同模态,研究了进气... 为研究汽油与富氧空气两相连续旋转爆轰发动机的工作特性,使用非结构化三角形网格守恒元与求解元(CE/SE)方法对气体与液体(简称气液)两相连续旋转爆轰波进行了二维数值模拟。通过数值模拟获得连续旋转爆轰波传播的不同模态,研究了进气总压和当量比对两相连续旋转爆轰波的影响,分析了不同模态下连续旋转爆轰发动机的工作特性,并对数值模拟结果进行了试验验证。结果表明:液滴的蒸发和剥离过程,延缓了液滴燃料的燃烧,导致了两相爆轰压力和温度的不完全耦合,降低了两相爆轰波的传播速度;当量比对连续旋转爆轰波的传播模态影响较大,当量比越低、越容易形成单波模态,当量比越高、越容易产生多个波头;单波模态的爆轰波压力和传播速度波动最小,双波模态居中,三波模态波动最大;发动机推力波动规律与压力波动规律相反,单波模态推力波动最大,双波次之,三波模态推力波动最小;计算所得旋转爆轰波波速与试验结果吻合较好,旋转爆轰波流场与实验研究定性一致。数值研究方法发展了非结构化CE/SE算法,研究结果对气液两相连续旋转爆轰发动机的试验研究和工程应用具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 气体与液体两相旋转爆轰 守恒元与求解元方法 非结构化网格 数值模拟

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连续旋转爆轰发动机外流场三维数值模拟 被引量：2

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作者 邱玉杰 翁春生 +1 位作者 武郁文 李宝星 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期21-29,共9页

为研究连续旋转爆轰发动机(CRDE)内外流场的变化特性,采用氢气-空气单步有限速率化学反应模型,对内径为40 mm、外径为60 mm、长度为50 mm的连续旋转爆轰发动机进行三维数值模拟,获得了CRDE内外流场结构特征和旋转爆轰波相关参数的变化特... 为研究连续旋转爆轰发动机(CRDE)内外流场的变化特性,采用氢气-空气单步有限速率化学反应模型,对内径为40 mm、外径为60 mm、长度为50 mm的连续旋转爆轰发动机进行三维数值模拟,获得了CRDE内外流场结构特征和旋转爆轰波相关参数的变化特性,分析了不同进气总压条件对流场结构和发动机性能的影响。结果表明:爆轰产物在燃烧室出口附近膨胀加速,压力和温度大幅降低,在流场下游产生激波使压力回升,且随进气总压的升高,激波距燃烧室出口距离增加;出口附近羽流中心形成低压高温区域,中心平面上的平均压力低于环境压力,给发动机推力带来了副作用;羽流外围的空气受出口处斜激波的扰动,压力呈现出周期性变化;发动机推力随进气总压的升高而呈线性增加,进气总压为0.55MPa时,发动机推力达到了1160 N。计算仿真结果对掌握连续旋转爆轰发动机外流场特性具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 连续旋转爆轰发动机 流场结构 激波 数值模拟 外流场

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旋转爆轰波与涡轮平面叶栅相互作用数值模拟 被引量：5

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作者 李群 武郁文 +2 位作者 翁春生 魏万里 徐高 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期294-304,共11页

由于旋转爆轰燃烧室具有自增压特性,可提高热力循环效率,因此将旋转爆轰燃烧室应用于燃气轮机可进一步提高系统的性能。基于非稳态雷诺时均Navier-Stokes方法,采用剪切应力输运k-ω湍流模型,建立旋转爆轰燃烧室与涡轮平面叶栅耦合计算模... 由于旋转爆轰燃烧室具有自增压特性,可提高热力循环效率,因此将旋转爆轰燃烧室应用于燃气轮机可进一步提高系统的性能。基于非稳态雷诺时均Navier-Stokes方法,采用剪切应力输运k-ω湍流模型,建立旋转爆轰燃烧室与涡轮平面叶栅耦合计算模型,研究旋转爆轰燃烧室内的复杂波系与涡轮叶片的相互作用,分析涡轮叶栅对高频爆轰压力振荡的抑制作用。结果表明:旋转爆轰燃烧室内的燃气在涡轮叶栅内加速,并且在斜激波后的局部区域马赫数的增加更为明显。斜激波与涡轮静转子叶片的前缘、压力面、吸力面以及尾缘相互作用,由于旋转爆轰波不同的传播方向,使得斜激波与静子叶片呈相互垂直或平行,进而形成两种不同的波系结构。涡轮叶栅对高频压力振荡存在明显的抑制作用,涡轮叶栅上下游高频压力振荡幅值的衰减率达到80%以上。研究结果展示了旋转爆轰波作用下涡轮叶栅内复杂波系结构特征,并对基于爆轰燃烧推进技术的应用提供了一定的理论基础。 展开更多

关键词 旋转爆轰燃烧室 涡轮平面叶栅 反射激波 压力振荡衰减 数值模拟

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旋转爆轰燃烧室壁面传热特性数值模拟 被引量：1

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作者 邱彦铭 武郁文 +4 位作者 康朝辉 雷特 李群 徐高 翁春生 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期140-152,共13页

为研究旋转爆轰燃烧室的壁面传热特性,对H2/Air旋转爆轰燃烧室进行了三维共轭传热模拟研究。建立了带壁面的燃烧室模型,采用密度基求解非稳态RANS方程,选用标准k-ε湍流模型,利用能量方程和流固界面的Interface边界条件实现壁面耦合传热... 为研究旋转爆轰燃烧室的壁面传热特性,对H2/Air旋转爆轰燃烧室进行了三维共轭传热模拟研究。建立了带壁面的燃烧室模型,采用密度基求解非稳态RANS方程,选用标准k-ε湍流模型,利用能量方程和流固界面的Interface边界条件实现壁面耦合传热,研究了旋转爆轰燃烧室非稳态流场及壁面传热特性分布。结果表明,流场中温度升高的原因包括化学反应和流体压缩两种机制。燃烧室头部附近壁面存在环形高温带,壁面温度沿轴向先上升后下降,爆轰波与斜激波交汇处附近温度最高。壁面热流密度则在头部最高,沿轴向逐渐降低。在除头部以外的其他部分,壁面换热系数沿轴向下降,进一步说明了壁面热流密度受燃烧室内部压力的影响。预混条件下,当量比越接近1.0、质量流量越大,燃烧室壁面温度越高且越集中于头部,高热流密度区域的轴向深度越短,极限热流密度越高。 展开更多

关键词 旋转爆轰燃烧室 热环境 热流密度 换热系数 共轭传热模拟

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