气核尺寸对气液同轴离心式喷嘴自激振荡的影响.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252014V01．35No123283-3292ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaaedu．cahkxb@buaa．edu．cndoi：10．7527／$1000-6893．2014．0023气核尺寸对气液同轴离心式喷嘴自激振荡的影响康忠涛1’2，张新桥1’2，成鹏1’2，李清廉1’2一，王振国1’21．国防科学技术大学高超声速冲压发动机技术重点实验室，湖南长沙41007

2、32．国防科学技术大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073摘要：为了研究气核尺寸对气液同轴离心式喷嘴自激振荡的影响，采用水和空气作为模拟介质，开展了室压条件下冷态喷雾试验。通过试验分析了气核尺寸较大时气液同轴离心式喷嘴自激振荡的喷雾形态，与文献中气核尺寸较小时的喷雾形态进行对比发现气核尺寸不同时，该类喷嘴白激振荡的喷雾形态不同，气核尺寸较大时呈“圣诞树”型分布，气核尺寸较小时呈“串”型分布。气核尺寸对气液同轴离心式喷嘴自激振荡的产生机理有显著影响。由于自激振荡产生机理的不同，喷嘴缩进长度对自激振荡

3、的影响也不同，气核尺寸较大时自激振荡频率随着喷嘴缩进长度呈复杂变化特征，气核尺寸较小时喷嘴缩进长度对自激振荡频率没有影响。气液同轴离心式喷嘴自激振荡频率为2～4kHz。与燃烧室一阶振型接近，喷雾自激振荡可能会诱发燃烧室不稳定燃烧。关键词：气液同轴离心式喷嘴；气核尺寸；自激振荡；喷雾形态；雾化中图分类号：V233．2+4文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)12—3283—10气液同轴式喷嘴的自激振荡是指由气液相互作用的时滞反馈引起的压力和流量振荡[1]。不论是气液同轴直流式喷嘴还是气液

4、同轴离心式喷嘴均存在自激振荡现象。由于自激振荡会对推进剂雾化、混合和燃烧过程产生重要影响，国内外对其产生机理开展了广泛的研究。Yoshio等[2伽发现了气液同轴直流式喷嘴由稳态向自激振荡的转变过程，指出自激振荡的发生存在一个关键参数：Re。／(We。)“5(Rel为液体雷诺数；We。为气体韦伯数)。自激振荡发生时，流动从非壅塞变为壅塞。Kim和HeisterL41认为自激振荡是由射流上的K—H(Kelvin-Helm-holtz)不稳定造成的，即喷嘴动力学特性在自激振荡的产生中起着重要作用。Tsoha

5、s和Heist—erEs]指出影响喷嘴动力学特性的3个主要因素为液氧喷嘴出口的涡脱落、液氧喷嘴的声学特性和喷注器出口的涡脱落。喷嘴结构是喷嘴动力学的一个重要参数，Kim等[61发现减小内喷嘴缩进长度和气液速度差可以抑制液体表面的不稳定性。不稳定振幅随着气体速度、气体密度和缩进长度的增加而增加，随射流直径的增加而减小口]。Yang和Fu[81发现缩进窒内气液相互作用增强了表面波的增长率，最大扰动波增长率和波数均随着外喷嘴直径、液气密度比、液气速度比的增加而减小。Yoon等[91发现气液剪切作用下环形液膜

6、的自激振荡使喷雾锥角增加，随着气流速度和内喷嘴缩进长度的增加，自激振荡得到抑制。Bazarov[1o]对气液同轴离心式喷嘴的自激振荡进行了开创性的工作，对自激振荡的原因进行收稿日期：2014—01-21；退修日期：2014-02-28；录用日期：2014—03—19；网络出版时间：2014-04—0811：22网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／10．7527／$1000·6893．2014．0023．htmI基金项目：国家“973”计划(613239)；国家自然科学基金(

7、11472303，11402298)；新世纪优秀人才支持计划(NCET一13—0156)*通讯作者．Tel．：0731·84574133E-mail：peakdreamer@163．corn}l用榕武tKangzT．ZhangXQ，ChengP．etal．Influenceofgascoredimensiononself-pulsationofgas-liquidswirlcoax『alinjectorfJ]．ActaAeronauticaetAstronauticaSin／ca，2014，35(12

8、)：3283—3292．康，搴游，袋新桥，戚屑，等．气糖尺寸对气废同轱薄心式喷嘴自激振荡的影响!J]．航空学报。2014，35(12)：3283—3292．航空学报Dec．252014VoI．35No．12了总结H1

9、，提出了一个分析自激振荡分布的线性理论模型，用该模型分析得到的自激振荡分布区域与试验结果相吻合。他发现喷嘴动力学会对发动机燃烧稳定性产生重要影响[1引，认为自激振荡可以用于提高喷嘴雾化和混合性能，并且存在发生自激振荡的一个最佳的缩进长度n3