[发明专利]一种基于小肋片和气动斜坡结构组合的燃料喷注设计方法

说明书

本发明提供一种基于小肋片和气动斜坡结构组合的燃料喷注设计方法，属于燃料喷注技术领域，包括以下步骤：建立六段等高流道串联而成的超燃燃烧室结构模型，进行算例网格划分；设置燃气发生器与激波诱导两种点火方式的化学反应算例；根据小肋片和气动斜坡结构建立若干组全构型算例，全构型算例由结构组合方式、喷孔排列方式和气动斜坡喷射角度组合而成；将若干组全构型算例置于超燃燃烧室结构模型中的第二段中进行冷流场的数值模拟和热流场的数值模拟，获得各个全构型算例的燃烧效率。该方法将锥形肋片与气动斜坡进行结构组合，通过冷、热流场进行数值模拟，获取最佳燃烧效率的小肋片和气动斜坡结构组合方式。

技术领域

本发明涉及燃料喷注技术领域，具体涉及基于小肋片和气动斜坡结构组合的燃料喷注设计方法。

背景技术

小肋片后低动压喷射最初是为解决在最大限度前移上游喷孔的条件下防止隔离道中的火焰前传而设计，后来也被应用到超燃燃烧室的燃料喷注孔前方。研究者通过设置小肋片不同几何参数、不同喷射动压比进行过大量冷流实验。与传统的横向喷流相比，小肋片后燃料横向喷注技术具有很多优点：当小肋片高度与喷孔直径比值较大时，其后方射流的穿透深度能得到很大提高，掺混效果也能得到显著改善。小肋片后低动压喷射是较具前景的被动式掺混增强装置，但由于目前数值模拟难于突破化学反应动力学的瓶颈，鲜见关于小肋片的热流场试验与数值仿真的报导。

在高飞行马赫数条件下，小肋片与气动斜坡等对流场干扰较小的掺混技术将有较大应用优势。小肋片对燃料组分的有效抬升能弥补气动斜坡穿透深度不理想的缺点，气动斜坡较好的近场掺混特性能弥补小肋片对后方射流展向扩散的削弱作用。但同时存在单个或多个小肋片与气动斜坡组合的超声速流场涉及复杂的耦合作用，许多机理性的问题尚待研究，所查阅国内外文献中还未发现对此组合的报导。因此，本申请将小肋片与气动斜坡进行结构组合数值分析，旨在设计出一种有效增强掺混、提高燃烧效率的燃料喷注方案。

因此，本发明提出一种基于小肋片和气动斜坡结构组合的燃料喷注设计方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明将锥形肋片与气动斜坡进行结构组合，通过冷、热流场进行数值模拟，获取最佳燃烧效率的小肋片和气动斜坡结构组合方式。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种基于小肋片和气动斜坡结构组合的燃料喷注设计方法，包括以下步骤：

步骤一：建立六段等高流道串联而成的超燃燃烧室结构模型，将所述超燃燃烧室结构模型进行算例网格划分；

步骤二：定义相关参数，包括当量比、混合效率、最大浓度衰减曲线、总压损失系数、燃烧效率、推力和比冲量；设置燃气发生器与激波诱导两种点火方式的化学反应算例；

步骤三：根据小肋片和气动斜坡结构建立若干组全构型算例，所述全构型算例由结构组合方式、喷孔排列方式和气动斜坡喷射角度组合而成；

步骤四：将若干组所述全构型算例置于所述超燃燃烧室结构模型中的第二段中进行冷流场的数值模拟，获得不带燃气发生器算例冷流场特性和带燃气发生器算例冷流场特性，获得各个所述全构型算例的掺混效果；

步骤五：将冷流差异较为明显的所述全构型算例进行热流场的数值模拟，获得不带燃气发生器的热流场特性和带燃气发生器的热流场特性；获得各个所述全构型算例的燃烧效率；

步骤六：对比若干组所述全构型算例的掺混效果和燃烧效率，获得较佳的小肋片和气动斜坡结构组合的燃料喷注方法。

优选地，所述相关参数包括：

所述当量比：定义当量比Φ为：

式中，F/A为燃料与空气质量流率之比，定义流场混合区Ap为当量比Φ≥0.2的区域，可燃混合区Af为当量比0.4≤Φ≤5.5的区域；