FLUENT脉冲爆轰发动机的DDT过程数值模拟(3)
时间:2018-07-04 16:49 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
直到80年代中期，由于动态测量技术和计算机技术的快速发展，对于PDE又开始了新一轮的研究。1986年，美国海军研究院的Helman等人对脉冲爆轰发动机进行探索性试验研究，成功研制第一台带预爆管的自吸气式无阀脉冲爆轰发动机（如图1.4所示），提出了现代PDE的概念。 图1.4 带预爆管的脉冲爆轰发动机 进入90年代之后，关于PDE的研究进入了全面发展的阶段。1998年，ASI公司Bussing等人研制出具有飞行尺寸的PDE样机；19世纪末20世纪初，美国海军研究战术导弹用PDE推进系统，美国空军研究吸气式推进器的PDE技术；2003年，惠普公司推出了全尺寸、飞行进气条件下，由5个爆轰管组成的PDE验证样机，这是第一台在飞行条件、飞行频率下试验的完整样机；2006年，美国空军宣称解决了以前PDE在飞行试验中遇到的问题；2007年，Patrick和Chris等人[4]使用航天液体燃料-10作为工质，实现了大于20Hz的爆轰循环，使用的点火方式是以瞬态等离子点火；2009年，NASA的脉冲爆轰火箭发动机计划取得进展，研制出全尺寸可飞行的PDRE。 除了美国以外，其他国家也在PDE方面开展了很多工作。日本广岛大学的Yatsufusa等人采用预爆技术开展了液态燃料的PDE试验研究，试验在点火位置下游40mm处获得爆轰波；日本筑波大学的Kasahara等人进行脉冲爆轰火箭发动机飞行试验研究，以验证推进剂在低压供入条件下的PDRE推进性能。俄罗斯对PDE的研究工作，主要集中在基础理论领域，同时也在积极寻求与美国等国家的合作研究。 我国从90年代后期开始了有关PDE的研究，主要研究单位有南京航空航天大学、西北工业大学、中国科学院力学所、南京理工大学等单位。西北工业大学开展的主要研究内容包括：两相爆轰起爆和强化爆轰、PDE热力学循环分析、单循环爆轰和多循环爆轰试验[1]等。南京航空航天大学建立计算脉冲爆轰发动机净推力的模型和一套关于脉冲爆轰发动机的实验研究体系，同时他们还成功研制出气动阀式脉冲爆轰发动机和旋转阀式脉冲爆轰发动机。中国科学院力学所主要开展的是脉冲爆轰发动机的基础理论方面的研究，南京理工大学在PDE机理上做了大量研究，在理论和试验方面都取得了一定的进展。 1.3.2 DDT过程的研究概况 早期的爆轰研究是在光滑圆管内用一个弱点火源进行试验，最初的研究目的都是研究最终形成的稳态爆轰波的特性。由于当时对湍流的研究还处于初期阶段，而关于湍流火焰传播的理论还没有出现，所以对火焰加速过程的研究非常少，因此更多的是研究爆轰波的稳态传播过程，这也发展出了爆轰波的C-J理论。 1926年，Chapman和Wheeler[5]最先尝试在光滑圆管中加入障碍物（圆环形扰流器）来促进火焰加速，他们发现没有扰流器时测得的甲烷空气混合物在内径5mm的管道内燃烧所获得的最大火焰速度是10m/s，而加了扰流器之后相同内径的管道内他们测得的最大火焰速度大于了400m/s，但是由于管径的限制他们没有观察到燃烧转爆轰的过程。 在接下来的几十年里，Shchelkin在DDT过程上开展了许多工作。Shchelkin认为火焰加速是由于火焰前沿未燃气体的湍流波动导致火焰燃烧区域的不断增加，而未燃气体的速度又取决于火焰传播的速度，所以火焰传播速度和火焰燃烧区域之间相互促进，最终导致火焰加速。为了增强火焰未燃气体的湍流强度，Shchelkin在管道内侧放置了螺旋金属线圈[6]，这就是后来所谓的“Shchelkin螺旋”装置，用来缩短DDT距离，后来也该装置也应用到了脉冲爆轰发动机上[7]。 Urtiew和Oppenheim[8]首先将高频响纹理仪应用到燃烧转爆轰的过程的研究中，这也代表了DDT现象研究的一个里程碑。通过照片揭示了DDT过程的一些现象，例如火焰和前导激波的相互作用、加速火焰刷附近爆震核心的形成过程等。Babkin和Kozatchenko首先建立粗糙管内火焰加速、DDT过程以及爆轰波的传播过程，由于激波在粗糙管内会反射产生局部高温，所以粗糙管内更易着火。 (责任编辑：qin) |