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超燃冲压发动机内流通道冷态流场的PIV试验研究

马静  
【摘要】:超燃冲压发动机的内流通道牵涉到了大量的高度非均匀、非定常的复杂的三维流动问题。为了加深对这类流动现象物理本质的认识和相关问题的理论分析,提供定量反映全场瞬时和时均流动速度的实验数据,本文利用PIV技术对超燃冲压发动机的内流通道进行了试验研究,并且进行了对应的CFD非定常计算。 全文内容共有三部分。一是简要介绍了超燃冲压发动机内流通道的复杂流动现象,总结了国内外高超声速进气道/隔离段和超燃燃烧室内部流场的研究进展,并讨论了采用PIV技术研究超燃冲压发动机内流流动问题的优势和必要性。 二是在典型隔离段进口条件下,对各种工况下进气道/隔离段内的流动现象进行了数值模拟和试验研究。结果表明:不同工况或同一工况不同时刻下,进气道/隔离段内,激波串的位置、形态以及隔离段内流动现象不同;试验和数值模拟都得到了流场结构的非均匀、非定常特征,证实了在较高背压下隔离段内激波串在流动方向上所表现出的大尺度的前后非定常振荡现象,发现了在较高的背压条件下,等直隔离段内的流场出现的随机的、大幅度的“激波切换”现象。 三是在进气道/隔离段模型的基础上,又设计、加工了超燃冲压发动机典型的凹槽燃烧室模型,形成了进气道/隔离段﹢燃烧室一体化模型,然后在实际冷态进口条件下对燃烧室内的流动现象进行了PIV和纹影试验,以及相应的非定常数值模拟研究。结果表明:在较高燃烧室反压系数下,燃烧室内也呈现严重的激波串非定常振荡现象,并认为这种非定常振荡主要是由隔离段内不稳定流动引起的;PIV和纹影试验验证了相关的数值模拟现象,表明燃烧室出口截面上的参数分布很不均匀,这为后续开展燃烧室和喷管的相容设计指明了方向,并提供了宝贵的数据。


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