气-气冷流掺混流场缩尺技术

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1、第31卷2010矩第7期7月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31No．7July2010文章编号：1000—6893(2010)07—1305-07气一气冷流掺混流场缩尺技术汪小卫，金平，蔡国飙(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)ScalingofGas—gasColdFlowFieldsWangXiaowei，JinPing，CaiGuobiao(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)摘要

2、：为研究气一气冷流掺混流场缩尺技术，对多组分气相掺混流动三维Navier-Stokes无量纲方程及其定解条件进行了相似性分析，并将量纲分析方法应用到气一气掺混流动现象中，获得了气一气掺混流场相似准则，该相似准则表明冷流掺混试验件尺寸和试验背压都可以变化；运用该准则，在不同背压工况下进行了3个不同尺寸试验件的单喷嘴气一气喷注器掺混流场的仿真分析和比较，结果表明不同试验件尺寸和不同压力T况下气一气掺混流场具有相似性。研究结果能够指导气一气冷流试验，并为气一气燃烧流场缩尺技术研究提供参考。关键词：缩尺；相似；冷流；全流量补燃循环；气一气混合；数值分析中图分类号：V434文献标识码：AAbstr

3、act：Theoreticalanalysisisperformedofthescalingofgas-gascoldflowfieldsandnumericalstudiesmadeonthesealingoftheflowfieldsinsingle-elementchamberswithgaseousoxygenandgaseoushydrogen．Toob—tainthescalingcriterionofagas-gascoldflowfield，formulationanalysisofthegaseousmulti—componentmixedflow3DNavier-St

4、okesequationsisconductedanddimensionalanalysisisalsoappliedtOthegas—gasmixingphenomena．Thecriterionindicatesthatthesizeandthetestingbackpressureofagas—gasinjectorchambercanbechanged．Basedonthecriterion，numericalsimulationsoffull—scaleandsubscalesingle-elementgas—gasinjectorchambersarestudiedinato

5、talofthreeconditions．Theresultsdemonstratethattheflowfieldstructuresofsimilargeometryhardwaresaresimilaratdifferenttestingbackpressures．Keywords：scaling；similarity；coldflow，fullflowstagecombustioncycle；gas-gasmixing；numericalanalysis20世纪90年代以来，在全流量补燃循环发动机背景下，作为其关键技术的气一气喷注器技术得到广泛关注n’8]。作为一种喷注器类型，气

6、一气喷注器也广泛应用于其他发动机中[9。引。冷流掺混是气一气喷注器研究内容的重点之一，有助于深入了解气一气掺混机理，并能够为气一气喷注器设计和燃烧试验提供参考。一般冷流掺混研究首选在背压为一个大气压下开展，但由于这有异于真实发动机中的高压环境，无论是推进剂性质，还是掺混过程本身特性都可能会发生变化。为了能够与真实发动机工况相匹配，往往需要提高背压以获得更加可信的数据[8J旷14]，在以往的气一气喷注器冷流试验研究中也不例外[s．10qz]。另一方面，在高背压下开展试验研究必然增加试验难度和研究成本。另外，收稿日期：2009—06—20：修订日期：2009～12—13基金项目：国家“863

7、”计划通讯作者：蔡囤飙E—mail：cgb@buaa．edu．ca在试验中往往无选择性地采用全尺寸的试验件，特别是对于大发动机喷注器的研究，往往不仅仅需要采用较大尺寸的试验件和较高的试验流量等，还需要具有较大供应能力的试验系统支持。自从火箭技术开始以来，液体火箭发动机推力室缩尺技术的研究就一直具有相当难度和争论性。然而在火箭发动机的研制过程中，缩尺技术的应用可以大量节约成本、周期和降低风险等[15-17]。S．S．Penner等在2