[发明专利]高焓气固两相横向射流与超声速气流耦合作用发生装置及测量系统

说明书

一种高焓气固两相横向射流与超声速气流耦合作用发生装置及测量系统。包括超声速来流生成器、气动式粒子发生器、乙烯/氧气/空气燃气发生器以及实验仓。利用流场显示测量系统对实验仓内高焓气固两相横向射流与超声速气流耦合作用进行测量。流场显示测量系统包括滤波片/光电倍增管/ICCD系统、PLIF系统或/和纹影系统。各种流场显示测量系统设置在实验仓的外侧，透过实验仓上开设的可视窗，对实验仓内高焓气固两相横向射流与超声速气流耦合作用进行测量，并将测量到的数据传输给计算机。利用本发明可以对高焓气固两相横向射流与超声速气流耦合作用进行测量。

技术领域

本发明涉及固体火箭超燃冲压发动机技术领域，具体涉及高焓气固两相横向射流与超声速气流耦合作用实验系统。

背景技术

固体火箭超燃冲压发动机是采用固体燃料的高超声速飞行器的动力装置之一。在前期的固体火箭超燃冲压发动机实验中，燃烧室的燃烧效率较低，大概在50％到60％之间。理论分析与数值模拟的结果显示，通过设置合适的扰流装置，气相的燃烧效率可达90％以上，而固体颗粒的燃烧效率较低。通过查阅国内外文献，发现相关的成果较少，尤其涉及固体颗粒在超声速气流中的燃烧掺混的成果更少。因此，有必要建立相应的实验装置，深入研究高焓气固两相横向射流与超声速气流耦合作用的掺混燃烧过程及相互作用机理，为工程上实现燃烧效率的提高奠定理论基础。

目前，为研究颗粒聚团现象，已有学者提出气固两相流流场的实时测量系统及方法。如公开号为102313684A的专利申请，提供了一种气固两相流流场实时测量系统及方法，通过采用两台气相数字高速摄像机和一台固相数字高速摄像机实现两相流场的实时测量。然而该方法所涉及的实验工况来流速度较低，气固两相的运动速度较慢，且不存在高焓气固两相横向射流，显然该实验条件不适用于研究超声速气固两相流。

面对固体火箭超燃冲压发动机这种新概念，其燃烧室内存在超声速气固两相流。目前学者们对超声速气固两相流，尤其是固体颗粒在超声速气流中的认识较为有限。为了加深理解，提高燃烧室性能，有必要建立相应的实验装置，深入研究高焓气固两相横向射流与超声速气流耦合作用的掺混燃烧过程及相互作用机理。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明针对固体火箭超燃冲压发动机的燃烧室提供一种高焓气固两相横向射流与超声速气流耦合作用发生装置及测量系统。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种高焓气固两相横向射流与超声速气流耦合作用发生装置，包括气动式粒子发生器、乙烯/氧气/空气燃气发生器以及实验仓。所述实验仓为具有一定长度的长条形仓体，其由多块侧面板围合而成，包括左侧面板、右侧面板、上侧面板、下侧面板、前侧面板和后侧面板；实验仓入口开设在左侧面板上，实验仓入口作为超声速来流入口，超声速来流从实验仓入口进入到实验仓内部；所述实验仓靠近实验仓入口一端的一侧面板上设置有用于连接乙烯/氧气/空气燃气发生器的输出端的接口；所述实验仓出口开设在右侧面板上。实验仓内部的一内侧壁上沿其长度方向均匀安装有多个温度传感器以及多个压力传感器，分别用于测量实验仓内部不同长度位置处的温度以及压力。实验舱的上侧、下侧、前侧或/和后侧面板上沿其长度方向开设有多个可视窗。

本发明中：所述气动式粒子发生器的输入端连接空气供应源，乙烯/氧气/空气燃气发生器的三个输入端分别连接乙烯供应源、氧气供应源以及气动式粒子发生器的输出端；乙烯供应源、氧气供应源分别为乙烯/氧气/空气燃气发生器提供乙烯以及氧气；乙烯/氧气/空气燃气发生器的输出端与实验仓内部联通。空气供应源所提供的空气作为驱动气和流化气将气动式粒子发生器中的固体颗粒带入乙烯/氧气/空气燃气发生器中掺混燃烧，产生高焓气固两相富燃燃气，高焓气固两相富燃燃气进入实验仓与超声速来流进一步掺混燃烧。

本发明中，超声速来流可通过采用空气/酒精/氧气加热器的方式或者将实验仓与真空泵连接来获得。现有的提供超声速来流的方法一般包括采用三组元加热器，或与真空泵连接，或采用电加热空气的方式，且在实验中得到广泛的应用。