脉冲喷气发动机出口流场及其性能测量(2)
图1-1 脉动喷气发动机
1.2 脉动喷气发动机的工作原理
脉动喷气发动机的主要工作部件是脉动燃烧器，脉动燃烧器是脉动燃烧技术的具体应用，脉动燃烧需要一定的条件—瑞利判据：气流的压力脉动与周期性同步。即每隔一定的时间间距添加激荡的空气的热量，当在空气中产生的压力处于峰顶的那一刻添加或者压力处于低谷的时候去除。那么震荡会产生和不断强烈。反之，振动则被减弱。脉动燃烧器的工作循环可分为四个基本工作过程，如图4．2所示。
1．点火燃烧(如图4—2(1)所示)过程。可燃的混合气体到达燃烧室的时候，这个时候点火装置启动，并使得可燃的混合气体燃烧。在这个剧烈的化学反应过程中始终伴随着能量（热能）的释放。从而使得燃烧室的温度与压力一起变高。可燃气体体积膨胀，燃气向两侧端移动，此时工作过程从a处抵达b处。
2．气体膨胀(如图4—2(2)所示)过程。当燃烧室的压力大于供给压力的时候，那么吸气口处于关闭状态，燃烧产物向尾喷管移动。在b处燃烧室的压力降低，根据牛顿运动定律，任何物体都存在惯性，所以气流在惯性的作用下，以较高的速度向尾喷管移动。自然而然燃烧室的压力就会低于外界大气压（c点），使燃烧室产生负压。
3．吸入新鲜可燃物(如1羽4-2(3)所示)过程。因为此时燃烧室处于负压状态，使得吸气口再次处于开启状态。在负压的作用下，混合气体会被吸入燃烧室并且被点燃燃烧。使得燃烧室的压力再次上升。
图1-2 脉动喷气发动机工作过程
4．压缩重新点火(如图4—2(4)所示)过程。刚被吸入的混合气体进入燃烧室的时候，与此同时在燃烧室处于负压力的状态下，尾喷管中的部分燃气以较大速度重新进入燃烧室。在气流惯性的作用下，会将刚进入燃烧室的混合气体压缩。使得压力从D处升高到a处。并且处于高温状态的燃气将刚进入燃烧室的混合气体引燃。由此进入再一次的工作循环过程。所以此类燃烧可以自发进行，不需要借助外间任何东西，当然也需要点火装置的又一次点火。
1.3 脉动喷气发动机的特点
脉动喷气发动机作为一种脉冲燃烧器，具有稳态燃烧器无法企及的优点，具体如下：
1．燃烧强度非常高。在脉动燃烧器中激荡的气流作用下，反应物与燃烧产物，燃料与空气之间的传热和扩散过程得到极大的改善，而且不论使用的是固相燃料还是气相，液相的燃烧强度都会得到很大提高。 一般脉动燃烧器的燃烧强度最大能达到5800 KW／m3,而普通的燃烧器只有800 KW／m3，由此可见脉动燃烧器的燃烧强度是普通燃烧器的十几倍。所以相同体积的燃烧器，脉动燃烧强度远远高于普通燃烧器。在相同燃烧强度的条件下，脉动燃烧室的体积也可以大幅度减少。
2．燃烧效率非常高。因为燃烧化学反应充分，所以在很低的过量空气条件下燃烧效率可达到非常高。在各种脉动燃烧器中，只要过量空气系数约为1，便可以达到100%的燃烧效率。对于汽油而言，它的过量空气系数大约是1.03的条件下，它的燃烧效率便可以达到99%。这就使得大功率，以汽油或者其他重油为燃料的燃烧装置节约了多余的能耗和设备投入。
3．传热系数较大。在脉冲燃烧湍流扰动下，热边界层变得薄和不稳定，这样大大降低了传热的阻碍影响。此外，在燃烧室的压力脉冲与速度脉冲的作用下，燃烧器内部的对流换热强度得到大幅度的提高，换热系数比一般的燃烧器的换热系数的大多。在此种因素的影响下，脉动燃烧释放的热量能够迅速通过壁面而传播开来。所以脉动燃烧装置的体积就可以减小，节省了大量的成本和材料，同时也节省了空间。
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