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《對激波誘導(dǎo)斜爆震波機理的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、中圖分類號：V231.2論文編號：102870218-S126學(xué)科分類號：080701碩士學(xué)位論文對激波誘導(dǎo)斜爆震波機理的研究研究生姓名陳楠學(xué)科、專業(yè)航空宇航推進理論與工程研究方向燃燒技術(shù)指導(dǎo)教師唐豪教授南京航空航天大學(xué)研究生院能源與動力學(xué)院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchinMechanismoftheShock-Indu
2、cedDetonationWavesAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringByChenNanAdvisedbyProf.TangHaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承諾書本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表
3、或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書）作者簽名：日期：南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要當(dāng)前高超聲速吸氣式推進系統(tǒng)主要有兩種方案，一種是基于擴散機制主導(dǎo)燃燒的超燃沖壓發(fā)動機，另一種是基于激波誘導(dǎo)燃燒的激波誘燃發(fā)動機。相對于超燃沖壓發(fā)動機，激波誘燃發(fā)動機結(jié)構(gòu)更為緊湊，點火方式更簡單，飛行馬赫數(shù)范
4、圍也更寬，但其火焰激發(fā)的機理復(fù)雜并且難以掌控，這限制了它的進一步發(fā)展。在眾多激波誘燃推進方案中，斜爆震波發(fā)動機最為引人注目。在過去的幾十年中，航空工業(yè)界針對斜爆震波進行了大量的研究工作。當(dāng)超聲速來流撞擊斜劈尖塊時，在斜楔面上形成了斜激波，混氣在激波后被激發(fā)燃燒，從而形成了特殊的激波-燃燒波耦合結(jié)構(gòu)。大量實驗和數(shù)值模擬證明這種結(jié)構(gòu)是可以穩(wěn)定存在的。本文主要開展激波誘導(dǎo)斜爆震波的機理性研究，利用CFD技術(shù)手段探索可變邊界條件下斜爆震波系結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。斜爆震波的激發(fā)主要通過斜劈尖塊激發(fā)超聲速來流混氣實現(xiàn)。由于爆震反
5、應(yīng)極為迅速，來流條件也很苛刻，大部分研究通過數(shù)值模擬進行，采用固定邊界條件獲得穩(wěn)定駐定的爆震波，但斜爆震燃燒室在實際工作中邊界條件往往是瞬態(tài)變化的，因此研究可變邊界條件下的斜爆震波系機構(gòu)變化規(guī)律極具意義?？紤]到來流溫度由于混氣摻混不均勻等因素極易發(fā)生波動，通過引入溫度擾動研究了斜爆震波結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的形態(tài)。模擬結(jié)果表明，斜爆震波系結(jié)構(gòu)能夠順利過度，但擾動傳播過后，斜爆震波系的內(nèi)部不穩(wěn)定性被進一步被釋放，胞格結(jié)構(gòu)更加清晰；結(jié)合定量和定性分析發(fā)現(xiàn)，擾動主要以激波、膨脹波和弱壓縮波的形式在燃燒室內(nèi)傳播；對比溫降和溫升兩種擾
6、動的結(jié)果得出，三種波在爆震區(qū)內(nèi)傳播過程中的位置分布相同，但在爆燃區(qū)內(nèi)卻完全相反，造成這種結(jié)果的主要原因是兩種擾動引發(fā)的弱壓縮波的強度不同，從而對斜爆震波的結(jié)構(gòu)調(diào)整所起到的作用也存在很大區(qū)別；在溫降擾動下，三種波沿壁面向下游傳播，其中激波會呈現(xiàn)出弓形激波、馬赫發(fā)射、規(guī)則反射和近乎垂直于壁面的正激波四種形態(tài)，而在溫升擾動下，三種波沿斜爆震波面向下游傳播，傳播形態(tài)也較為穩(wěn)定。在以往的研究中，來流組份含量的變化對斜爆震波結(jié)構(gòu)的影響沒有受到足夠的重視。鑒于此，本文研究了當(dāng)量比對斜爆震波的影響。結(jié)果顯示，隨著當(dāng)量比增大，誘
7、導(dǎo)區(qū)長度呈U型曲線變化，在此過程中溫度起到了關(guān)鍵作用。通過研究誘導(dǎo)區(qū)末端的壓力分布發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)區(qū)末端的壓縮波強度是影響誘導(dǎo)區(qū)過渡形式的決定性因素。當(dāng)量比在0.6~2.5之間時，壓縮波強度較強，過渡形式為突變型，超出該范圍，壓縮波強度較弱，過渡形式為平滑型。此外，結(jié)合定容燃燒（CVC）理論分析了不同來流壓力下的誘導(dǎo)區(qū)長度隨當(dāng)量比的變化情況，得出誘導(dǎo)區(qū)內(nèi)的化學(xué)動力學(xué)效應(yīng)影響了誘導(dǎo)區(qū)長度，使其沿理論所預(yù)測的U型曲線變化；氣動力學(xué)效應(yīng)影響了誘導(dǎo)區(qū)長度的變化幅度和速率，避免其過度增大或減小。本文最后研究了N2對斜爆震波結(jié)構(gòu)
8、的影響，通過對比斜爆震波后壓力和HO2質(zhì)量濃度I對激波誘導(dǎo)斜爆震波機理的研究變化情況，發(fā)現(xiàn)N2含量較低時，氣流在斜爆震波后會發(fā)生二次燃燒，反應(yīng)區(qū)內(nèi)形成強壓縮波。隨N2含量升高，二次燃燒現(xiàn)象和壓縮波逐漸減弱直至消失。此外，本文討論了溫度對斜爆震波后流場的影響，結(jié)果表明，降低溫度能夠促進氣流的二次燃燒。關(guān)鍵詞：斜爆震波；OpenFOAM；溫度擾動；當(dāng)量比；誘導(dǎo)區(qū)；二次燃燒II南京航空航天大
