旋转爆震发动机燃烧室性能与壁面换热的数值研究
随着航空发动机技术不断进步，研究发现爆震燃烧具有释放热量较快、热循环效率较高等优点。旋转爆震发动机（RDE）能够实现一次点火爆震波在燃烧室内连续旋转并产生稳定的推力。为了更加深入的了解RDE燃烧室的性能并探索壁面冷却的方法，本文主要研究了混合气体当量比、喷注总压、出口背压和燃烧室轴向长度四种条件对旋转爆震发动机燃烧室的性能的影响；总结提出研究非定常壁面换热的方法并运用二维数值计算的方法预测RDE燃烧室壁面温度的分布；最后进行了大热流密度下的冲击冷却特性研究和RDE燃烧室壁面的冷却分析。 本文首先对以氢气和空气混合物为燃料的RDE燃烧室的性能进行了二维数值研究。在本文所研究的参数范围内，研究发现：当进口当量比φ从0.3增大到1.5，燃烧室增压比先增大后减小，在当量比为1时达到最大值，而燃烧效率随着当量比的增加逐渐降低，当量比小于1时燃烧效率变化比较平缓，当量比大于1时燃烧效率迅速下降；随着喷注总压与出口背压比值的增加，燃烧室增压比趋于稳定，燃烧效率增加；当燃烧室轴向长度X从0.05m增大到0.1m，燃烧效率增加，燃烧室增压比减小。 本文总结提出了高频下RDE非定常壁面温度的研究方法，并运用二维数值计算方法预测了RDE燃烧室壁面温度，研究发现不加冷却结构时，起爆后较短时间内，壁面温度达到了1000K以上，并且燃烧室沿轴向温度分布不均匀。 最后，本文分析了RDE燃烧室壁面热流密度和温度的分布情况，对RDE燃烧室冲击冷却壁面的冷却特性进行了三维数值计算。研究得出在同等边界条件下冲击孔径为d=4mm，冲击间距为H=4mm，孔间距Xn=Yn=35.168mm时，冲击冷却效果较好，研究结果显示在高热流密度下冲击孔雷诺数达到50000时可以将壁面温度降低到合理的范围内。
旋转爆震发动机;燃烧室性能;爆震压力;壁面换热;冲击冷却
南京航空航天大学
硕士
工程热物理
雷雨冰
2017
中文
V231.22;V231.1
112
2018-09-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）