壁面组合孔喷注增强混合研究

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1、第42卷第2期2016年4月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONVol。42．№．2Apr．2016壁面组合孔喷注增强混合研究刘昊1，贺云龙2，刘晓伟1(1．西安航天动力研究所，陕西西安710100；2．航天推进技术研究院，陕西西安710100)摘要：为增强超声速气流中壁面喷注的燃料射流与气流混合，提出了一种壁面组合孔喷注方式。通过对单孔及组合孔喷注方式燃料射流流场仿真结果的对比分析发现，采用壁面喷注孔喷注燃料时，燃料射流与来流的混合过程在射流近场穿透深度起主导作用，而在射流远场涡则起主导

2、作用。计算结果表明，采用壁面组合孔喷注氢气时，燃料射流增强了流场展向涡量，从而在射流远场获得了更好的射流与来流混合。关键词：超声速气流；组合孔，喷注；混合增强中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2016)02—0025—04StudyonanewinjectiontechnologyforenhancingmixturebyorificesetinwallLIUHa01，HEYunlon92，LIUXiaoweil(1．Xi’allAerospacePropulsionInst

3、itute，Xi’an710100，China2．AcademyofAerospacePropulsionTechnology，Xi’an710100，China)Abstract：Anewinjectiontechnologyofspecialorificesetinwallisproposedtoenhancethemixtureofinjectionfueljetflowandsupersonicairflow．Itisfoundbyflowfieldsimulationcomparisonoffuelj

4、etflowbetweensingleorificeinjectionandorificesetinjectionthat,whenthewallinjectionorificeisusedtoinjectthefuelinthemixingprocessoffueljetflowandairflow，thepenetrationdepthplaysleadingrolesinnearfieldofjetflowandthevortexplaystheleadingrolesinfarfieldofjetflo

5、w．TheCFDresultsindicatethatthehydrogenjetinjectedbytheorificesetenhancesthespanwisevortexofflowfield,whichwillobtainbettermixtureofjetflowandairflowinfarfieldofjetflow．Keywords：supersonicairflow；orificeset；injection；mixingenhancemento引言霁釜蓑裟磊雯霎黧勰≈1超声速气流中喷注燃料要

6、求快速实现燃料与起了众多学者关注。壁面喷注最常见的方式为壁收稿日期：2015—03—27；修回日期：2015—05—06作者简介：刘昊(1984一)，男，博士，高级工程师，研究领域为组合推进燃烧技术26火箭推进2016年4月面垂直喷注【l～I，此时喷注的燃料和超声速主流相互作用，在喷嘴前形成弓形激波，导致附面层分离，使得燃料在喷嘴上游与主流空气以亚声速混合，实现火焰稳定传播。同时，燃料射流引发周期性大尺度涡结构，促进了燃料与空气的混合。但在高马赫数时，喷嘴前的弓形激波增强导致过高的总压损失。采用一定角度喷注，可

7、降低总压损失，射流的轴向动量还可提供部分净推力，但相关研究表明近场混合效果会被减弱M1。此外，还有学者研究了喷嘴出口形状对燃料混合特性的影响17_9】，研究表明，喷嘴出口形状对喷嘴附近的漩涡及激波强度有较大影响。仝毅恒等基于高速摄影实验定性研究了液态燃料单孑L喷注、喷孔展向组合喷注及喷孑L流向组合喷注对燃料穿透深度及激波角的影响¨0I。为降低壁面喷注在高马赫数来流条件下的流动损失，增强来流燃料混合，本文提出了一种适用于气态燃料喷注的壁面组合孑L喷注方式。通过CFD方法对单孔及组合孔两种喷注方式的流场、来流／燃料

8、掺混效果进行了对比、分析，揭示出近场穿透深度主导+远场涡主导的混合模式。1物理模型及计算方法1．1物理模型本文研究了2种壁面喷孑L形式：(1)单孔，直径2mm；(2)组合孑L，6个喷注孔等边三角形排列，总喷注面积与咖2mm单孑L面积相等。喷孑L尺寸及排列方式见图l。计算域长110mm(其中喷孑L上游50mm，下游60mm)，宽20mm，高15mm?计算采用结构网格，网格在喷孑L及壁面处