壁面孔型对超声速气流中喷注特性的影响

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1、第43卷第4期火箭推进Vol.43,№.42017年8月JOURNALOFROCKETPROPULSIONAug.2017壁面孔型对超声速气流中喷注特性的影响蔡锋娟，张玫，张蒙正（西安航天动力研究所,陕西西安710100）摘要：超声速气流中，燃料与来流空气的高效混合是燃烧室实现点火、稳焰及高效燃烧组织的前提。国内外研究者已对比研究了不同壁面孔型对超声速气流中喷注、混合特性的影响，相比于最常见的圆形喷孔，菱形、楔形-半圆、箭形及针形等喷孔用于超声速气流燃料喷注时，不仅有利于降低喷孔前缘边界层的分离，而且也有利于提升射流穿透

2、深度；相比于单孔喷注，组合型喷孔能进一步增强燃料与来流空气在射流远场的混合效果。通过综述各型喷孔的喷注特性，分析提出了适用于超声速燃烧组织的壁面喷注孔型及其工程应用条件。关键词：超声速气流；壁面孔型；喷注特性中图分类号：V432-34文献标识码：A文章编号：1672-9374(2017)04-0018-05EffectsofdifferentwallsurfaceorificesoninjectioncharacteristicsofsupersonicairflowCAIFengjuan,ZHANGMei,ZHANGM

3、engzheng（Xi’anAerospacePropulsionInstitute,Xi’an710100,China）Theefficientmixingoffueljetandairflowinsupersonicgasflowisapreconditiontoachieveignition,flamestabilizationandhighefficiencycombustion.Theeffectsofdifferentwallsurfaceorificesontheinjectionandmixingchar

4、acteristicshavebeenstudiedbymanyresearchersathomeandabroad.Comparedwiththecommoncircularorifice,diamond-shapedorifice,wedge-semicircleshapedorifice,arrowheadshapedorificeandstinger-shapedorificearebeneficialtoreductionoftheboundarylayerseparationatorificefrontedg

5、e,andimprovementofthepenetrationdepthofthejetflow.Comparedwiththesingleorificeinjection,thecombinedorificecanfurtherenhancethemixingeffectofthefuelandtheincomingairinfarfield.Inthispaper,thewallsurfaceinjectionorificeandengineeringapplicationconditionthatapplytot

6、hesupersoniccombustionareproposedonthebasisofanalysisoftheinjectioncharacteristicsofvariousorifices.supersonicairflow;wallsurfaceorifice;injectioncharacteristics收稿日期：2016-08-29；修回日期：2017-02-28基金项目：国家863项目（2015AA0214）作者简介：蔡锋娟（1985—），女，工程师，研究领域为组合推进燃烧组织技术第43卷第4期蔡锋娟

7、，等：壁面孔型对超声速气流中喷注特性的影响19流首先在B区破碎成较大不规则液块，进入C区0引言后进一步破碎成较小的液块，最后在D区雾化成超声速气流中，燃料在燃烧室中的停留时间细小的球形液滴，射流在破碎和雾化过程中扩散为毫秒量级，燃料与来流空气的混合扩散过程相范围逐渐增大。射流表面存在表面波I，波幅沿对较慢，如何在尽可能短的时间内促进、增强燃流向增大，表面波加速了射流的破碎和雾化[1]。料与空气混合是超声速燃烧组织面临的一大难在射流破碎过程中，射流穿透深度是评估超题。支板喷注方式可以有效将燃料带入主流，使声速气流中液体射流

8、喷注混合特性的主要参数，其较为均匀的散布于超声速气流中，在短距离内射流与横向超声速来流的动量比决定着射流穿透与来流气体完成高效混合与燃烧。但缺点在于：深度的大小。针对超声速气流中不同构型的壁面发动机长时间工作时，需要考虑支板的热防护问喷孔喷注特性，国内外研究者已开展了大量研究题；同时，支板对主流的阻碍、扰动作用大，会