摘要
旋转爆震发动机(RDE)凭借热力循环效率高、连续稳定推力输出等优点而具有广阔的应用前景。本文针对非预混旋转爆震发动机的掺混特性和工作特性进行了数值模拟研究，并进一步通过实验和数值模拟研究了爆震波与非预混射流的相互作用机制。 针对非预混RDE的喷注混合过程进行三维冷态数值模拟，分别选取气态燃料（氢气）和液态燃料（煤油），探究喷注结构、喷射孔径、单/双侧喷注、当量比、液滴喷射速度等因素对燃料/氧化剂掺混特性的影响。结果表明，采用Jet In Crossflow(JIC)喷注结构时H2/Air的掺混效果更佳，而不同喷注结构和液滴喷射速度均对煤油液滴的破碎和掺混特性影响较小。适当地增大燃料喷射孔径可以提高H2/Air的掺混效果，单侧孔喷射相比双侧孔喷射具有更高的掺混均匀度，当量比为1.0时掺混效果更好。 对比非预混和预混RDE的流场结构，探究不同喷注模型和工况条件对爆震波起爆和传播过程，以及发动机推进性能的影响。结果表明，非预混条件下的流场结构相比预混条件更不稳定，且波头高度更低，传播速度更慢。改变当量比，非预混旋转爆震波的传播方向会发生改变，当量比低至0.4时无法产生稳定的爆震波结构。平均推力和平均比冲分别在当量比为1.3和0.8时最大。改变出口反压对爆震波的起爆与传播特性的影响不大，随着出口反压的降低，发动机推力和基于燃料的比冲逐渐增大。 进行单次起爆实验，研究爆震波经过气态/液态射流时的火焰效果和射流运动情况，同时开展爆震波与非预混射流相互作用的二维数值模拟。实验得到爆震波在空气中传播的纹影图像，在燃烧产物的流场中能观察到射流的扭曲和移动。数值模拟结果显示，爆震波顶部由于缺乏燃料而出现温度与压力波解耦的现象。由于燃料射流分布的不均匀性，爆震波呈现出不连续的火焰面，温度场呈现高低温交错的情况。经过燃料射流时，爆震波速度增大，而经过射流孔的间隙时，爆震波速度有明显下降。
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