凹腔前后缘圆弧对流场干扰的数值研究

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1、第39卷第1期火箭推进V01．39，No．12013年2月JOURNAl．OFROCKETPROPULSIONFeb．2013凹腔前后缘圆弧对流场干扰的数值研究周思引，聂万胜，车学科(装备学院，北京101416)摘要：基于两方程七训SST模型，对不同半径前后缘圆弧凹腔构型的超声速流场进行了二维仿真，获得了相应的流场特征参数。结果表明，与直角前后缘相比，采用圆弧构型时凹腔后壁的激波得到增强；随着圆弧半径的增加，凹腔内部的速度有所增大，而温度、涡量则呈递减趋势，从稳焰、助燃的角度看，后壁上端压力增大可以促进质量

2、交换，同时降低回流区温度。综合考虑凹腔的稳焰和助燃作用，提出了一个适当的圆弧半径范围。关键词：数值仿真；前后缘；圆弧；流场干扰；凹腔中图分类号：V439—34文献标识码：A文章编号：1672—9374f2013101—0024—05Numericalstudyonectofarcleadingedge一andtrailingedgeofcavityonflowfieldZHOUSi-yin，NIEWan—sheng，CHEXue—ke(TheAcademyofEquipments，Beijing101416

3、，China)Abs：n-aet：Thetwo-dimensionalsimulationforthesupersonicflowfieldofconcave．cavityarchi—tectureswithdifferentradiusarcleadingandtrailingedgeswascarriedoutbasedon七一∞SSTmodel．Thecorrespondingflowfieldfeatureparameterswereobtained．Thesimulationresultsshow

4、that，comparedwiththefightangleleadingandtrailingedges，theshockwavewasstrengthenednearthetrailingedgeswhenusingthearcedges．Bycontrast，cavitieswithdifferentarcradiuswereconsideredwhenthevelocity，temperatureandvorticitywerecalculated．Itdemonstratesthat，withth

5、eincreaseofarcradius，thevelocityinsidethecavityincreases，andtemperatureandvorticitymagnitudesappearsadeclinetrend．Asviewedfromflamestabilizationandcombustion．supporting．thepressureincreaseattheupperendofbackwallcanpromotethemassexchangeandatthesametime，can

6、lowerthetem—peratureinrecirculationzone．Aproperlimitofthearcradiusisproposedinoverallconsiderationofflamestabilizationandcombustion-supportingeffectofconcave—cavity．F唧words：numericalsimulation；leadingedgeandtrailingedge；arc；flowfielddisturbance；con—cavecav

7、ity收稿日期：2012—0522；修回日期：2012—08—21基金项目：国家自然科学基金(11205244)作者简介：周思引(1988一)，男，硕士研究生，研究领域为高超声速推进技术第39卷第1期周思引，等：凹腔前后缘圆弧对流场干扰的数值研究250引言超燃冲压发动机是未来高超声速推进动力装置的最佳方案之一，如何在超声速气流里实现高效、稳定的燃烧是首先要突破的关键技术。实验表明，对于超燃燃烧室，凹腔在很宽当量比范围内都是一个非常有效的助燃、稳焰装置。以前凹腔的稳燃、助燃方面的研究主要关注凹腔长深比、后壁倾

8、角以及并串联组合等。Baurle，Gru—ber等人的研究表明浅凹腔质量交换律较低，声学凹腔(直后壁)较火焰稳定凹腔(倾斜后壁)非定常性更强；Yu采用声学凹腔与火焰稳定凹腔串联，燃料的混合和燃烧得到明显增强。综合分析已有文献表明，如何优化凹腔构型使之具有最佳性能一直是研究的难点。但是，已有文献所采用的凹腔构型，其前后缘均是直角构型，无疑这对其构型的分析还不够全面。本文采用k-toSST湍流模型，以二维声学开式凹腔