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流场进行数值模拟研究.结果表明:气-气推进剂在燃烧室内形成两个燃烧面,能在大流量下实现较高的燃烧效率;同轴双剪切喷嘴的氧喷注速度和氢氧速度比是同轴双剪切喷嘴设计的关键参数,氧喷注速度越小使推进剂的燃烧位置越远离喷注面,而氢氧速度比越大使燃烧位置越靠前;与气-液同轴剪切喷嘴相比,同轴双剪切气-气喷嘴的设计可以取较大的氧喷注速度和适合的氢氧速度比.      

同轴剪切喷嘴出口壁厚对气-气燃烧性能的影响

以富氢/富氧燃气为推进剂,在单喷嘴燃烧室中开展同轴剪切喷嘴出口壁厚对燃烧性能影响的研究。通过求解N-S方程获得燃烧流场,分析氧喷嘴出口壁厚变化对燃烧产物、温度分布的影响,进行了壁厚变化对特征速度效率和热载影响的试验研究。结果表明,较厚的氧喷嘴出口壁厚有利于稳定火焰,氧喷嘴出口壁厚较薄时特征速度效率较低,并伴随有燃烧室压力不稳定现象。     

氢氧发动机气液同轴式喷嘴流量特性研究

从实验和理论两个方面对氢氧发动机气液同轴式喷嘴的流量特性进行了研究。通过冷流实验测量了具有不同喷嘴缩进比的气液同轴式喷嘴流量随气液喷注压降的变化规律,考察了喷嘴内气液相互作用对喷嘴流量特性的影响,结果表明,气液相互作用对喷嘴气液流量都有一定影响,并且喷嘴缩进比愈大,影响也愈大。同时还提出了一个简化的气液同轴式喷嘴流量计算模型。理论与实验结果的比较证明了模型的合理性和可用性     

富氢/富氧燃气同轴双剪切气-气喷嘴性能仿真分析

为研究富氢/富氧燃气同轴双剪切气-气喷嘴设计参数对燃烧性能和燃烧室热载的影响,采用正交试验设计方法对这些参数进行组合,数值模拟单喷嘴燃烧室流场,并以燃烧长度、燃烧室壁面和喷注面板处平均燃气温度为指标评价燃烧性能和热载.结果表明:燃氧速度比对燃烧性能和燃烧室热载影响最显著,中心氢流量比例对燃烧室热载影响非常显著,氧压降比对喷注面板处燃气平均温度的影响也很显著,而喷嘴出口壁厚对喷嘴性能影响不明显.燃氧速度比和氧压降比的交互作用对喷嘴性能有一定影响,而其他设计参数之间的交互作用对喷嘴性能影响非常小.最短燃烧室长度为117.9mm,最低壁面燃气温度及面板燃气温度分别为1637.7K和806.6K.      

气/液同轴离心式喷嘴流量及雾化特性实验

通过实验方法,研究气／液同轴离心式喷嘴的流量特性及气液之间的相互影响,研究压降及缩进长度对喷嘴雾化特征的影响。研究表明,液喷嘴流量受气喷嘴压降影响,流量增大或减小取决于缩进室内气喷嘴对液喷嘴产生的是引射还是堵塞作用;同一喷嘴,液膜破碎长度及液滴尺寸随压降增大而减小;液滴尺寸分布沿喷嘴横截面呈马鞍型分布,曲线的最高点和分布宽度随喷嘴几何特性及压降变化;提高气／液之间的相对运动速度,可提高雾化质量;随着缩进长度增大,雾化质量明显变好。     

基于PLIF技术的气氧/气甲烷同轴剪切喷嘴试验

以数值仿真的结果作为参考,开展了基于PLIF(平面激光诱导荧光)技术、高速摄影技术等非接触光学燃烧诊断技术的气氧/气甲烷同轴剪切喷嘴试验研究。通过联合光学诊断对不同设计工况的燃烧流场进行诊断测量,获得燃烧室内OH分布,燃烧流场发展演化过程、火焰的结构等信息,对燃烧流场进行详细的分析。研究结果表明:气氧/气甲烷剪切燃烧火焰存在明显的剪切燃烧层,且随着轴向距离的增加,火焰逐渐失稳;随燃氧速度比的增加,流场涡旋作用明显加强,火焰根部稳定段变短,瞬时火焰结构卷曲和褶皱增多;仿真计算的OH分布与试验测得的OH分布相似,仿真模型能够合理预测气氧/气甲烷同轴剪切喷嘴的燃烧流场。      

富氢/富氧燃气同轴剪切气-气喷嘴性能仿真分析

采用正交试验设计方法对富氢/富氧燃气同轴剪切气-气喷嘴设计参数氧压降比、燃氧速度比、氧喷嘴出口壁厚进行组合,数值模拟单喷嘴燃烧室燃烧流场,研究喷嘴设计参数及参数之间的交互作用对燃烧性能和燃烧室热载性能的影响,评价指标为燃烧长度、燃烧室壁面平均燃气温度和喷注面板平均燃气温度.仿真结果表明,燃氧速度比对燃烧与热载有显著影响,氧压降比与氢氧燃氧速度比的交互作用影响明显,分析结果对气-气喷嘴试验设计有重要指导意义.      

多喷嘴大流量气 -气喷注器设计与试验

在大流量气-气喷注器单喷嘴工况研究的基础上,为研究其在具有单元交互作用的多喷嘴工况下的燃烧特性,设计了多喷嘴推力室.喷注单元为剪切混合式单元,并具有高氢/氧速度比和氧喷嘴扩口设计,采用了能够模拟真实发动机工况的7单元同心圆排布的推力室头部结构,在对喷注单元的排布间距优化设计基础上,开展了热试车试验研究和仿真分析.结果表明所设计的喷注器在多喷嘴工况下燃烧稳定,能够在额定参数设计的燃烧室内,在SSME(space shuttle main engine)主喷注单元流量的3.7倍大流量工况下燃烧效率达到99%以上,并显示出良好的喷注器自身和带来的燃烧室身部热防护特性.      

气液同轴直流式喷嘴喷雾及燃烧试验研究

介绍了气液同轴直流式喷嘴的冷流喷雾特性实验研究和热点火燃烧试验工作。冷态实验以空气和水作为模拟工质在亚临界条件下模拟燃气和液氧, 研究了气液喷嘴的雾化特性、流量特性和气液两相的相互影响。用液氧和高温燃气对多个喷注单元组成的喷注器在超临界压力下进行了燃烧试验。通过冷态和热态试验, 确定了 4种喷嘴的性能优劣。      

气体中心式气液同轴离心多喷嘴耦合喷雾特性研究

高温燃气流风洞的加热段喷注面板由数百个气液同轴离心喷嘴组成,各喷嘴间存在强烈的喷雾干涉现象,导致喷雾场相互耦合。为探究气体中心式气液同轴离心喷嘴喷雾的耦合对雾化特性及流场均匀性的影响,通过实验和仿真的方式研究了不同气液比对多喷嘴雾化特性的影响,以及喷嘴间距和喷嘴数目对喷雾流强分布的影响。设计安装多喷嘴的喷注器,搭建喷雾检测实验台,采用高速相机拍摄喷雾图像,采用马尔文激光粒度仪测量喷雾场中的液滴尺寸;并设计了流强测量系统,以测量喷雾场的流强分布。采用流体体积法（Volume of Fluid,VOF）和网格自适应技术（Adaptive Mesh Refinement,AMR）对多喷嘴的耦合喷雾场进行模拟。结果表明,仿真结果与实验测得的流量分布基本吻合;在液体流量较大的工况下,喷雾锥角基本稳定,粒径大小受液膜撞击破碎和液滴撞击聚合双重作用的影响;随着喷嘴间距的增加,喷雾分布的不均匀性增强;并且当存在3个及以上喷嘴时,喷雾场两两相互干涉,在喷雾耦合区域出现流强高峰。     

反压条件下同轴式喷嘴雾化特性的试验研究

利用作者设计的反压试验装置和MF激光散射测粒仪, 在0.1～0.6MPa反压条件下, 测量了不同工况液雾的索太尔平均直径SMD等雾化特性参数, 并对试验数据进行最小二乘拟合, 得到了影响雾化特性相关参数的经验公式, 对同轴式喷嘴的设计将有一定的指导意义。      

利用micro-PIV测量矩形微管道内流量

利用微观粒子图像测速技术（micro-PIV）测量了矩形微管道内低雷诺数下速度矢量场,并以此为基础计算微管道内流体体积流量。微管道水力直径为83μm,横截面深宽比为0.155,长度为17mm。实验中获得雷诺数分别为47、127和215三工况下管道中心水平截面内速度分布。与理论速度剖面比较,管道中心的测量速度值吻合很好,偏差控制在±2%以内。利用中心速度值结合层流解析解计算微管道内平均流速和体积流量。经过误差分析得到该方法测量误差约为3.3%。实验结果表明,利用micro-PIV技术完全可以实现微通道流量的高精度测量。     

海防导弹引射器的研制

某海防导弹液体火箭发动机装置中，采用引射器加过载箱组成的除气机构，本文介绍除气的作用和原理，着重论述引射器的设计要点，地面试验及几何对抽气性能的影响。     

缩进的气液同轴离心喷嘴雾化性能

1引言自从Rocketdyne[1]在1963年研制J-2发动机过程中第一次提出有缩进的同轴喷注单元后,缩进对同轴喷注单元的影响就引起了人们的广泛关注。一些研究实验表明,液体喷嘴缩进对同轴喷嘴雾滴尺寸的影响不明显或可以忽略[1]。Sankar等人在研究同轴剪切喷注器时,采用相位多普勒粒子     

一种新型气泡雾化喷嘴水平喷射特性的研究

研究了一种新型锥面注气方式的气泡雾化喷嘴,用水和压缩空气在常温常压下试验了水平喷射时结构和工作参数对雾化及流场特性的影响,用2D-PDA测量了液雾的平均直径尺寸分布和速度分布。结果表明,注气孔的尺寸及数目均对雾化特性产生一定影响;气泡发生器的锥角存在一最佳值,对于本文研究的结构,60°锥角可达到良好的雾化;混合段长度也存在一最佳值范围,提高液体的喷射压力和气液比,能够改善雾化,增大液雾的速度。实验结果表明,锥面多孔注气能有效地抑制水平喷射情况下由浮力产生的气泡聚合,能够使气泡均匀分布,实现稳定、连续的雾化。     

撞击式喷嘴凝胶推进剂雾化及表征

采用激光全息和图像处理技术,研究了撞击式喷嘴撞击角和射流速度对凝胶推进剂雾化性能的影响,撞击角范围为40°~90°,射流速度范围为15~55 m/s。研究了气/液撞击对凝胶推进剂雾化性能的影响,结果表明:增大撞击角和射流速度均有助于凝胶推进剂的雾化;减小射流直径有利于凝胶推进剂雾化;凝胶推进剂的极限表观粘度是影响其雾化的主要因素。分析了撞击式喷嘴凝胶推进剂喷雾场的特征,认为在本文研究的范围内,可以将凝胶推进剂喷雾场依次分为规则扇型的液丝区域、紊乱网状的液丝区域和液丝与液滴共存区。     

凝胶一甲基肼/四氧化二氮雾化特性试验研究

为了研究凝胶一甲基肼/四氧化二氮(MMH/NTO)的雾化特性,在单喷嘴矩形燃烧室内进行凝胶MMH/NTO喷雾燃烧过程的可视化试验研究。试验采用两股燃料撞击一股氧化剂(F-O-F)及两股氧化剂撞击一股燃料(O-F-O)的三股互击式喷嘴,试验时先关闭中间路推进剂,采用高速摄影观测了两侧推进剂90°自击雾化图像,随后观测了燃烧条件下凝胶MMH/NTO三股互击时液相推进剂的雾场阴影图像,通过图像处理,分析了喷嘴类型及射流速度对雾化锥角及破碎长度的影响。结果表明,凝胶NTO自击雾化时雾场以细小液滴为主,而凝胶MMH黏度较高,雾化较困难,自击雾化时雾场主要是液膜和液丝,故可推断燃烧条件下凝胶MMH/NTO液相推进剂雾场阴影图像里观察到液膜和液丝主要是凝胶MMH推进剂;与90°两股撞击喷嘴相比,F-O-F形式三股互击式喷嘴的能量利用率较低,采用F-O-F形式三股互击式喷嘴时凝胶MMH/NTO的雾化锥角小于凝胶MMH推进剂90°自击雾化;相对F-O-F形式三股互击式喷嘴,凝胶MMH/NTO采用O-F-O形式三股互击式喷嘴时的雾化锥角更大,破碎长度更短,故采用O-F-O形式三股互击式喷嘴时凝胶MMH/NTO的雾化性能更优。     

喷嘴雾化特性模糊评判模型

利用模糊综合评判法构造喷嘴雾化模糊关系矩阵,建立了描述喷嘴雾化特性的模糊数学模型,利用该模型分别对不同工况下的空气雾化喷嘴,离心式喷嘴雾化特征进行了理论计算,通过聚类,对5种实验工况进行了分类,计算的分类情况与实验结果基本一致,对空气雾化喷嘴,离心式喷嘴不同实验工况的雾化效果进行了正确的评判。     

液体火箭发动机喷注器等流量喷孔流道的设计及验证

从横截面为矩形的管内分支流动的水动力学分析出发,结合层板式喷注器通道的特征,推导出等静压喷孔流道满足的常微方程。针层对流和滴不同的流态沿程摩擦阻力系数的不同,方程无量纲化后,分别计算了等静压喷孔的流道构型,并讨论了几何结构参数对设置等静压降喷孔影响。     

IBM-PC在液体火箭发动机喷嘴冷流实验台测控系统中的应用

IBM-PC微机在喷嘴冷流实验系统中的应用,提高了测量精度和实验的自动化程度,节省了人力与实验的周期.为今后大规模开展多种类型喷嘴的冷流喷雾特性实验研究,奠定了良好的基础.