蒸汽喷射器理论设计及数值模拟对比研究

为验证Cоколов喷射器设计理论的工程适用性，用该理论对纸厂回收乏汽用喷射器进行了设计并采用Fluent进行了模拟。Cоколов理论认为工作蒸汽和引射蒸汽在混合室中经历的是边混合边升压过程，而数值模拟得到的结果是工作蒸汽及引射蒸汽在混合室中进行等压混合，在混合室末端依靠激波进行升压。理论计算与数值模拟相比，引射蒸汽量相差4％，喷射系数相差9％。就满足工程需要而言，Cоколов理论能正确指导喷射器的设计。     

Experimental study of hydrogen-rich/oxygen-rich gas-gas injectors

Five types of coaxial injectors were investigated experimentally using hot hydrogen-rich gas and oxygen-rich gas, which were respectively provided by a GH2/GO2 hydrogen-rich perburner and a GH2/GO2 oxygen-rich preburner. The injectors were the shear coaxial injector, the oxidizer post expansion coaxial injector, the fuel impinging coaxial injector, the central body coaxial injector, and the shear tri-coaxial injector. The characteristic velocity efficiency and the combustor＇s wall temperatures were obtained for different design parameters through the experiments. It can be con- cluded that angles of the oxidizer post expansion and the fuel impinging have little influence on the combustion performance and the wall temperatures. The contact area between fuel and oxidizer and the mass flow rate have significant impacts on the combustion performance. The shear tri-coaxial injector has the best combustion performance but also the highest wall temperatures among the five types of injectors.     

有限空间内低旋流流动与燃烧特性

为了对低旋流流动特性及其对火焰传播与稳定影响进行深入理解,通过实验与数值模拟相结合的方法,对有限空间内低旋流流动与燃烧特性进行研究.结果表明:改变中心孔板小孔直径,可以形成不同旋流数的旋流喷射器;在冷态条件下,随着旋流数增加,在展向平面上逐渐形成“W”形速度矢量分布;在铅垂截面内,速度矢量分布存在一个环形高速区域、中心低速区和外侧低速区.由于燃烧气体吸热膨胀、涡量诱导和温度斜压效果,使得冷态高旋回流流动转变为了燃烧条件下低旋无回流流动;在有限空间内,低旋流燃烧没有形成脱体火焰,而是形成类似于扩散燃烧火焰;随着旋流数增大,温度分布边界和化学反应边界在展向平面逐渐缩短,而在铅垂截面逐渐扩大.      

管式椭圆喷射器的混合特性

利用椭圆形喷口研究有突扩段的、管道空气射流和在突扩段下游通过管壁引谢第二股气流之间的混合过程.模拟通过侧壁添加燃料的燃烧室流场.试验装置如图1所示.一股亚音速空气射流引射入19cm长的容器内,容器内经(D_(CH))为5.1cm,安装有多孔管,而D_(CH)=6.4cm的没有多孔管.空气通过50.8cm长的管道或孔板喷射.孔板位于3.8cm内径的管道下游末端.     

“阿里安”L5发动机的研制状况

“阿里安”L5是欧洲研制的最重要的中等推力级可贮存的二元推进剂发动机.它采用了多元件喷射器的设计原理,这种喷射器使用多个同轴喷射元件、一个燃料再生冷却燃烧室和一个辐射冷却的喷管扩展段.研制该发动机各部件所运用的技术与MBB-ERNO公司研制“阿里安”HM7液氧/液氢发动机时运用的技术相类似,但由于L5发动机的推进剂具有二元的基本特性,故现有的液氧/液氢技术只能部分采纳.对此MBB-ERNO公司提出了一项实验性计划来论证同轴式喷射器原理的可行性.L5发动机的研制工作包括整台发动机的设计及推进分系统的布局.叙述L5发动机的设计、性能和工作特性,以及研制状况,重点介绍目前正在研制的喷射器.     

"阿波罗17"号的登月舱

“阿波罗17”号的登月舱——“挑战者”号,看起来很笨拙而且到处都是棱角。不过这并不要紧,因为它要在真空中飞行。这张非常清晰的照片,是指挥舱“美国”号在”挑战者”号登月的初期拍摄的。照片里可以看到登月舱四周的小型控制喷射器,而登月火箭引擎的喷口,位于登月舱的下方。     

波瓣喷射器强化混合的数值研究

利用FLUENT CFD(computational fluid dynamics)数值计算软件,对波瓣喷射器中无化学反应异类气体的混合过程进行了数值研究,二氧化碳气体作为主流从波瓣状狭缝中喷出,与同向空气流在混合管内进行混合.获得了两股气流相互混合过程中的速度分布、流向涡分布、组分分布等相关信息,分析了波瓣喷射器结构参数对流向涡环流强度的影响.波瓣喷射器诱导的流向涡强化了同向流动气体之间的混合效率,组分分布较为均匀.      

固体燃料冲压火箭中硼燃烧的改善

由于硼具有很高的质量燃烧热和容积燃烧热,所以硼是冲压火箭燃气发生器的非常有潜力的固体燃料成分.但是,长期以来,由于硼及其氧化物有高的蒸发温度,使其在低压中的燃烧效率不高,从而限制了硼的实际应用.为解决硼粒子在冲压火箭燃烧室中的燃烧问题,已经提出过两种方法,一种是“化学”方法,即在燃料中加入添加剂(氟、氯,…)或金属(铝、镁、鋯,…);另一种是物理方法,即设计合理的喷射装置和燃烧室.本文便是采用后者来提高硼粒子的燃烧效率.     

多射流喷射器的压电激励特性

采用数值模拟方法研究了多射流喷射器的压电激励特性，获得了喷射器的压力、流量和速度波动特性。研究结果表明:多射流喷射器内的压力脉动主要受壁面运动特性影响，压力振幅随激励频率增大而增大；而封闭腔内的压力脉动与壁面位移造成的容积变化有关，压力振幅不随激励频率变化，因此基于封闭腔假设的理论计算方法不能准确预测喷射器的压力脉动。在多射流喷射器内，入口和出口的流量振幅不相同；不同位置的压力振幅分布不均匀导致了不同喷孔的速度振幅存在差异，并对射流形态产生影响。