双组元离心式喷注器雾化性能的大涡模拟数值研究

基于气液两相体积混合分数建立某型双组元离心式喷注器内部流场及雾化场的数学模型,并采用大涡模拟(LES)方法对其雾化性能进行研究.计算结果表明,喷注器外路喷射速度低于内路喷射速度,内外两路同时喷射时,两路相互影响,雾化锥角增加;随着喷注器出口直段长度的增加,内外路喷射速度和流量系数均呈单调下降趋势;随着喷注压降的增加,喷注器流量系数和出口喷射速度随之增加,而雾化粒度不断降低,雾化锥角不断增大.     

压力对离心式喷注器雾化特性影响的试验研究

针对不同入口压力对喷注器雾化特性的影响的问题,对某一双组元姿控推力器的离心式喷注器进行大气环境下不同入口压力的雾化试验.高速摄影试验对喷注器雾化形成过程进行了拍照与分析,PDA试验对喷注器稳态工作时的雾化特性进行了测量与分析,并对试验结果进行了拟合计算.试验结果表明该喷注器有良好的雾化性能,入口压力的增加使得喷雾场可以更加快速的形成和稳定,雾化锥角变大,雾化质量更好,但是变化趋势随压力增大而减缓;计算得到的关系式可预测该喷注器不同工况下液滴的索太尔平均直径,对喷注器优化设计有一定的指导意义.     

层板式喷注器在空间飞行器发动机中的应用综述

综述了层板式喷注器在空间飞行器液体火箭发动机中的应用。着重举例分析了层板式喷注器应用于航天飞机轨道机动发动机、小推力姿控发动机、燃气发生器中所获得的优于传统喷注器的良好性能和效益;分析了层板式喷注器在小推力＿液体火箭发动机稳态和脉冲方式工作时对抑制排气羽流污染的有效作用;最后提出了研制层板式喷注器所需进一步做的工作。     

空气雾化喷嘴后方燃油浓度分布的研究

本文通过用于一短环形高压燃烧室上的空气雾化喷嘴的研制,进行了大量实验,分别研究了雾化空气速度、燃烧室压力、气液比、介质种类和几种不同构造参数的喷嘴结构对空气雾化喷嘴喷雾锥角与后方燃油浓度分布的影响,对高压下空气雾化喷嘴后方燃油浓度分布研究这一新课题做了有益的探索。     

空气雾化喷咀的雾化研究

本文对空气雾化喷嘴的喷雾特性(即雾化细度及雾化尺寸分布指数)进行了试验研究。研究的喷嘴包括三种主喷口面积;三种供液槽道面积;二种副油路旋流器的扭角。研究参数包括,气/液比r、空气流速、轴向距离和主、副油路同时打开时的相互作用。 试验表明:液雾质量中间直径(MMD)与[1 (r)~(-1)]~(0.5)以及V_a~(-0.8)成正比例。在同样空气流速下雾化尺寸分布指数n随气/液比的增大而增大;在同样气/液比下,随空气流速增大而降低。主副油路同时工作时的相互影响将改善空气雾化喷嘴的雾化细度,同时也引起雾化尺寸分布指数的减小。对所试验的喷嘴,完成雾化的距离大致在30mm;雾化尺寸分布指数随轴向距离而增大。 本试验的结果为空气雾化喷嘴的设计和发展提供了非常有用的试验依据。     

同轴撞击气-气喷嘴数值模拟和实验

为进一步深入研究喷嘴结构参数对气-气掺混燃烧特性的影响,针对氢向氧斜喷带撞击角度的气-气喷嘴开展了实验和数值模拟.实验研究了撞击角度对燃烧效率和燃烧室壁面温度的影响,数值仿真分析了撞击角度对喷注面板和氧喷嘴管壁温的影响.结果表明:随着氢向氧撞击角度的增大,推进剂燃烧效率、燃烧室壁面和氧喷嘴出口管壁面热载降低;氢向氧撞击角度的引入,增大了喷注面板热载.      

三组元喷嘴流量特性的试验研究

对气氢／液氧／煤油火箭发动机重要部件三组元喷嘴的四种类型进行了流量竺性试验;研究了喷嘴流量随各组元喷注压缩的变化规律;分析了喷嘴结构对流量系数的影响;比较了三组元工况和双组元工况下喷嘴的流量特性;测量了离心内混式喷嘴燃料内混腔中的压力并分析了该喷嘴的流量特性。     

两相流乳化型细水雾喷嘴雾化特性研究

为了研究消防领域细水雾灭火系统的关键部件--细水雾喷嘴的雾化结构形式,以空气和水为介质,利用马尔文激光粒度分析仪对两相流乳化型细水雾喷嘴的雾化特性进行了详细的研究.分析了该型喷嘴的工作特点,研究了不同供水压力、供气压力及气液比对喷嘴雾化特性的影响,为细水雾灭火系统及其喷嘴的设计方法和检验标准提供了依据.试验结果表明:该结构喷嘴的雾化性能完全满足细水雾灭火系统的性能要求.     

气泡雾化喷嘴的试验研究

进行了组不同结构形式的气泡雾化喷嘴的试验研究，初步试验结果表明：这种新型喷嘴对液体介质粘度不敏感，在小气液比条件下获得了很好的雾化效果，雾化性能明显优于从国外引进的某些空气雾化喷嘴，该成果已于１９９３年２月７日被授予中华人民共和国实用型专利。     

喷嘴雾化研究

本文概括本试验室所完成的喷嘴雾化研究成果,重点放在最近几年来在国际学术性刊物上和国际学术会议上发表的研究文章,包括基础性的研究,如液滴尺寸分布、液雾特性随喷嘴下游空间的变化、初始雾化的研究;应用性的研究,如高反压下的喷嘴雾化、超音速气流中的雾化等;也包括激光测雾技术的研究。     

小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴的数值模拟

针对最大流量原理法在设计小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴方面的不足,采用Fluent软件中的多相流混合模型,模拟了包含蒸气和水两相的喷嘴内部流动,得到了流量、喷雾锥角等宏观参数,并和实验测量数据以及理论计算值进行了对比,分析了不同结果产生的原因;同时,还对喷嘴内的气液两相体积分数、轴向与切向速度、压力分布等流场特性参数进行了分析,着重论述了与理论模型之间的差异以及相应的机理.数值模拟方法考虑了液体的粘性和壁面摩擦力等因素,较好地反映了喷嘴内部的流场特性,为小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴的设计提供了借鉴.      

富氢/富氧燃气同轴直流喷嘴燃烧过程数值模拟

为研究全流量补燃FFSC(Full Flow Staged Combustion)循环发动机气-气喷注器性能,以气氢/气氧(GH2/GO2)预燃室提供的758K富氢燃气和676K富氧燃气为推进剂对同轴直流喷嘴燃烧流场进行了数值模拟.考察了相同燃烧室结构、流量、入口燃气温度条件下,富氧燃气压降、富氢燃气和富氧燃气的速度比、氧喷嘴厚度和氧喷嘴缩进变化对燃烧性能的影响,获得了4个参数的影响规律.数值模拟结果对燃气气-气喷注器结构设计有参考价值.     

环形喷嘴气动谐振加热性能

为了研究环形喷嘴的气动谐振加热性能,采用高精度高分辨率的NND格式差分求解二维轴对称雷诺平均Navier-Stokes方程,对环形喷嘴-谐振管系统气动谐振加热过程中谐振管内振荡流动过程进行了数值仿真,并对不同面积的环形喷嘴-谐振管系统进行了数值模拟.研究结果表明:环形喷嘴与圆喷嘴具有相似的谐振加热规律和流场特征,即利用环形喷嘴同样可在谐振管内产生强烈的高频激波振荡.随着环形喷嘴面积减小,每一个谐振周期中的谐振温升逐渐减小.而其能够产生强烈谐振的间距小于圆喷嘴-谐振管系统的间距,在小间距时可以在很宽的喷嘴入口压力范围内产生强烈的谐振,这为气动谐振点火器的结构小型化和工程实用性提供了理论依据.     

大流量气-气喷嘴响应面法优化设计

为研究以气氢和气氧为推进剂的同轴双剪切喷嘴设计参数对推进剂燃烧位置的影响,利用正交表指导喷嘴设计,并对燃烧室流场进行数值模拟.结果表明:在单喷嘴流量相当于航天飞机主动发动机单喷嘴流量8倍的工况下,同轴双剪切喷嘴能实现高的燃烧效率;极差和方差分析显示氢/氧的速度比是对推进剂的燃烧位置影响最大的设计参数,而中心氢流量比例和氧喷嘴的壁厚对燃烧位置的影响不显著.通过构造基于正交多项式的响应面,获得同轴双剪切气-气喷嘴的优化组合参数.     

同轴双剪切气-气喷嘴数值模拟

通过求解 k-ε 湍流模型的Navier-Stokes 方程组,对以气氢/气氧为推进剂的同轴双剪切喷嘴燃烧室进行数值模拟研究.研究结果表明:与传统的同轴剪切喷嘴相比,双剪切气-气喷嘴使推进剂有两个剪切燃烧面,且出口尺寸变化不大;双剪切喷嘴中心氢与氢总质量流量的比例是双剪切喷嘴的关键设计参数,当比例值为0.3时,能充分发挥双剪切喷嘴两个燃烧面的优势,使双剪切喷嘴能在大流量工况下实现高的燃烧效率.     

应用气动斜坡和燃气发生器的超燃燃烧室

为增强超声速燃烧过程中的燃料掺混,设计了一种被动式燃料掺混增强结构:气动斜坡/燃气发生器组合燃料喷注结构,并在直连式超燃试验台上对这种喷注结构进行了纹影、油流谱等冷试和热试试验.同时数值模拟了超声速流场中气动斜坡/燃气发生器组合结构的流动及燃烧特性.结果表明:气动斜坡/燃气发生器组合结构有助于燃料的掺混,掺混效率由单独气动斜坡喷注器情况下的60%提高到了75%;总压损失主要由壁面摩擦产生,气动斜坡和燃气发生器产生的总压损失相对较少;作为燃烧室点火器使用的燃气发生器起着点火和助燃的双重作用.      

单组元推力器毛细管两相流影响分析

单组元推力器在工作过程中产生的高温向毛细管处传递,使毛细管内产生气液两相流动。随着推进剂流量的减小,气相组分将不断增加,并会产生明显的气阻。文章就气阻对推力器的影响进行了专题研究,采用FLUENT软件,基于体积分数模型和多相流控制方程,对84种条件下毛细管内两相流的分布情况和两相流对推力器毛细管压差的影响情况进行了数值模拟,并通过两种推力器热试车开展了毛细管内两相流对推力器燃压影响的专项试验。数值模拟结果和试验结果表明,在毛细管内径足够小时,毛细管内的两相流引起的气阻均会导致毛细管内部压降的突然变化,从而引起推力器燃压阶跃,燃压逐渐降低,并进一步影响推力,使推力逐渐下降。