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1、第42卷第2期2016年4月火箭推進(jìn)JOURNALOFROCKETPROPULSIONVol。42．№．2Apr．2016壁面組合孔噴注增強(qiáng)混合研究劉昊1，賀云龍2，劉曉偉1(1．西安航天動(dòng)力研究所，陜西西安710100；2．航天推進(jìn)技術(shù)研究院，陜西西安710100)摘要：為增強(qiáng)超聲速氣流中壁面噴注的燃料射流與氣流混合，提出了一種壁面組合孔噴注方式。通過(guò)對(duì)單孔及組合孔噴注方式燃料射流流場(chǎng)仿真結(jié)果的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，采用壁面噴注孔噴注燃料時(shí)，燃料射流與來(lái)流的混合過(guò)程在射流近場(chǎng)穿透深度起主導(dǎo)作用，而在射流遠(yuǎn)場(chǎng)渦則起主導(dǎo)
2、作用。計(jì)算結(jié)果表明，采用壁面組合孔噴注氫氣時(shí)，燃料射流增強(qiáng)了流場(chǎng)展向渦量，從而在射流遠(yuǎn)場(chǎng)獲得了更好的射流與來(lái)流混合。關(guān)鍵詞：超聲速氣流；組合孔，噴注；混合增強(qiáng)中圖分類號(hào)：V434—34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672—9374(2016)02—0025—04StudyonanewinjectiontechnologyforenhancingmixturebyorificesetinwallLIUHa01，HEYunlon92，LIUXiaoweil(1．Xi’allAerospacePropulsionInst
3、itute，Xi’an710100，China2．AcademyofAerospacePropulsionTechnology，Xi’an710100，China)Abstract：Anewinjectiontechnologyofspecialorificesetinwallisproposedtoenhancethemixtureofinjectionfueljetflowandsupersonicairflow．Itisfoundbyflowfieldsimulationcomparisonoffuelj
4、etflowbetweensingleorificeinjectionandorificesetinjectionthat,whenthewallinjectionorificeisusedtoinjectthefuelinthemixingprocessoffueljetflowandairflow，thepenetrationdepthplaysleadingrolesinnearfieldofjetflowandthevortexplaystheleadingrolesinfarfieldofjetflo
5、w．TheCFDresultsindicatethatthehydrogenjetinjectedbytheorificesetenhancesthespanwisevortexofflowfield,whichwillobtainbettermixtureofjetflowandairflowinfarfieldofjetflow．Keywords：supersonicairflow；orificeset；injection；mixingenhancemento引言霽釜蓑裟磊雯霎黧勰≈1超聲速氣流中噴注燃料要
6、求快速實(shí)現(xiàn)燃料與起了眾多學(xué)者關(guān)注。壁面噴注最常見(jiàn)的方式為壁收稿日期：2015—03—27；修回日期：2015—05—06作者簡(jiǎn)介：劉昊(1984一)，男，博士，高級(jí)工程師，研究領(lǐng)域?yàn)榻M合推進(jìn)燃燒技術(shù)26火箭推進(jìn)2016年4月面垂直噴注【l～I(xiàn)，此時(shí)噴注的燃料和超聲速主流相互作用，在噴嘴前形成弓形激波，導(dǎo)致附面層分離，使得燃料在噴嘴上游與主流空氣以亞聲速混合，實(shí)現(xiàn)火焰穩(wěn)定傳播。同時(shí)，燃料射流引發(fā)周期性大尺度渦結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了燃料與空氣的混合。但在高馬赫數(shù)時(shí)，噴嘴前的弓形激波增強(qiáng)導(dǎo)致過(guò)高的總壓損失。采用一定角度噴注，可
7、降低總壓損失，射流的軸向動(dòng)量還可提供部分凈推力，但相關(guān)研究表明近場(chǎng)混合效果會(huì)被減弱M1。此外，還有學(xué)者研究了噴嘴出口形狀對(duì)燃料混合特性的影響17_9】，研究表明，噴嘴出口形狀對(duì)噴嘴附近的漩渦及激波強(qiáng)度有較大影響。仝毅恒等基于高速攝影實(shí)驗(yàn)定性研究了液態(tài)燃料單孑L噴注、噴孔展向組合噴注及噴孑L流向組合噴注對(duì)燃料穿透深度及激波角的影響¨0I。為降低壁面噴注在高馬赫數(shù)來(lái)流條件下的流動(dòng)損失，增強(qiáng)來(lái)流燃料混合，本文提出了一種適用于氣態(tài)燃料噴注的壁面組合孑L噴注方式。通過(guò)CFD方法對(duì)單孔及組合孔兩種噴注方式的流場(chǎng)、來(lái)流／燃料
8、摻混效果進(jìn)行了對(duì)比、分析，揭示出近場(chǎng)穿透深度主導(dǎo)+遠(yuǎn)場(chǎng)渦主導(dǎo)的混合模式。1物理模型及計(jì)算方法1．1物理模型本文研究了2種壁面噴孑L形式：(1)單孔，直徑2mm；(2)組合孑L，6個(gè)噴注孔等邊三角形排列，總噴注面積與咖2mm單孑L面積相等。噴孑L尺寸及排列方式見(jiàn)圖l。計(jì)算域長(zhǎng)110mm(其中噴孑L上游50mm，下游60mm)，寬20mm，高15mm?計(jì)算采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，網(wǎng)格在噴孑L及壁面處
