一、超音燃烧冲压发动机（论文文献综述）
肖威[1]（2021）在《可压缩气固两相湍流边界层/射流的直接数值模拟研究》文中研究说明超声速燃烧冲压式发动机（超燃冲压发动机,Scramjet）是高超声速飞行器的核心组件,在国防、航空航天领域具有着十分广泛且重要的应用。基于固体燃料的超燃冲压发动机（solid fuel scramjet,SFSCRJ）因其安全性好、操作简便、反应快速等优点,近年来受到各国持续深入研究。在SFSCRJ中包含可压缩湍流-壁面-横向射流-激波-颗粒群相互作用的复杂多尺度、多物理耦合可压缩两相流动问题。对这些问题开展研究有助于加深对SFSCRJ的理解认识,进而提高发动机稳定性和效率。因此,本文建立了适用于研究可压缩两相湍流的直接数值模拟平台,并对可压缩两相湍流边界层、可压缩两相横向射流和激波-全尺度颗粒群相互作用进行了研究,旨在揭示SFSCRJ内的可压缩湍流-壁面-横向射流-激波-颗粒群间相互作用机理,希望可以为固体燃料超燃冲压发动机的设计与研究提供一定的参考。本文首先采用拉格朗日点源方法对可压缩两相平板湍流边界层中的颗粒弥散、运动特性和选择性富集进行了研究,并对相关机理进行了深入分析。研究发现,颗粒在近壁面喷射作用的影响下富集于低流向速度区域并形成了颗粒条带结构。颗粒的平均数密度在近壁面区域存在一个极小值,当采用这一极小值进行归一化后可以得到颗粒数密度的自相似分布规律。大颗粒更容易受到湍泳力作用的影响,且有更强烈的优先富集趋势,进而导致更多大颗粒富集于近壁面区域,同时大颗粒的滑移速度要明显大于小颗粒。受壁面影响,颗粒在缓冲层中富集于高涡量区域中,这不同于非壁湍流中的现象。进一步发现一种新的基于局部流场密度的颗粒选择性富集机理:大颗粒在边界层内层富集于低密度区域、外层富集于高密度区域;而小颗粒在内层和外层均富集于低密度区域。通过这一发现,分析颗粒涨压方程并揭示了其选择性富集的机理。接着,本文继续对可压缩两相横向射流中的颗粒弥散和湍流调制现象进行了研究。结果表明,大颗粒主要分布于射流中心线迎风侧的大尺度剪切层结构的周围,而小颗粒能沿径向输运至前、后回流区,并广泛分布于剪切层和边界层结构内,且易受到流向涡的影响。颗粒使得展向中心平面附近射流下游的边界层厚度恢复延迟,增加了壁面摩擦阻力系数的震荡,提高了边界层厚度和最大壁面摩擦阻力系数。射流轨迹受大颗粒影响被降低,而被小颗粒抬升。展向中心平面上,颗粒还增加了射流下游近壁面流体平均法向速度,降低了远离壁面处的平均流向和法向速度。颗粒对激波锋面附近的湍流脉动影响较为显着,降低了迎风面桶形激波和弓形激波的湍流脉动,增强了背风面桶形激波的湍流脉动且提高了弓形激波的法向高度。在激波锋面以外的位置,小颗粒增强了流体的雷诺应力,而大颗粒则削弱了流体的湍动能。最后,本文研究了平面激波与含有300个全尺度颗粒的颗粒群的相互作用,其中颗粒相的捕捉基于虚拟点内嵌边界方法。我们对四种入射激波马赫数下的激波结构、颗粒瞬时与峰值阻力系数、升力系数与流场脉动等问题进行了对比分析。模拟结果表明,颗粒反射激波会汇聚成平面激波,其传播速度随入射激波马赫数上升而下降;穿透激波传播速度同理,且激波锋面随马赫数升高而更加弯折。颗粒群内的单个颗粒峰值阻力系数沿流向线性减小,其与线性拟合公式结果之差可由高斯分布描述。单个颗粒升力系数会发生剧烈震荡,且随着马赫数的升高,升力系数能够达到与阻力系数同一数量级,因此研究高马赫数、高体积分数的激波-颗粒群相互作用时,颗粒横向受力不可忽略。入射激波马赫数的提高还会增加流体湍动能占平均动能的比例。通过对比NS求解器和欧拉求解器得到的主要结果,发现模拟时间较长时欧拉求解器会由于缺乏粘性耗散而增大颗粒受力脉动、提高流场湍动能,因此采用NS求解器是必要的。
陈敏,贾梓豪[2]（2020）在《涡轮基组合循环动力关键技术进展》文中研究表明涡轮基组合循环发动机将是未来高超声速飞行器的主要动力装置,满足空间运载、高速运输、远程快速打击等任务需求,具备可常规起降、可多次重复使用、经济性好等优点。梳理了诸多航空强国关于涡轮基组合循环动力关键技术的发展脉络,分析了开展涡轮基组合循环发动机技术研究必须解决涵盖的模态转换、飞发一体化、超宽工作范围、耐高温、匹配性等诸多方面的关键技术瓶颈。结合国外先进经验,阐述了国内涡轮基组合循环发动机研究的建议,总结了必须解决的涡轮/冲压组合动力关键技术问题。
叶泽[3]（2020）在《超燃冲压发动机射流破碎雾化特性研究》文中进行了进一步梳理超燃冲压发动机作为实现高超音速飞行的首要关键技术,其燃烧系统中液体煤油垂直喷入超音速横流的破碎与雾化混合过程,对发动机高效点火与稳定燃烧有着重大影响。而拍摄方法的瓶颈会造成数据图像出现拖影现象,阻碍了对超音速横流条件下煤油射流破碎雾化机理的深入研究。因此,本文在解决超音速横流中射流雾化图像拖影问题的基础上,将试验研究和数值模拟相结合,着重分析超音速横流中煤油垂直射流的破碎特性、流场分布特性、气体分布特性和粒子分布特性,进一步丰富超音速横流中射流破碎雾化理论。首先搭建超音速横流中射流雾化可视化平台,利用激光阴影法与CCD（Charge Couple Device）相机相结合对超音速横流中射流破碎特性实现无拖影高分辨率拍摄,在验证射流柱破碎过程中表面波存在的同时,成功捕捉到拉丝、雾块等流动特征,分析了射流区域的破碎特性。试验结果表明:超音速横流中射流雾化区域按照结构特征分为表面波主导的破碎区域、快速雾化区域以及均匀雾化区域。随着喷孔直径或液气动压比的增加,射流的空流区域和射流夹角都会增加,并且在相同位置处射流的穿透深度也会提高;但是相对于提高动压比,增加喷孔直径对提高射流穿透能力的影响力更大。此外,利用高速纹影法捕捉到在超音速横流条件下射流雾化的流场结构,主要包括弓形波、分离激波和分离区等。研究了弓形激波的形成原因并对激波区域进行详细划分。同时还探究了喷孔直径和液气动压比对激波夹角的影响规律。结果表明:随着动压比或喷孔直径的增加,射流柱对整个流场的阻塞程度增加,激波夹角随之增大。但喷孔直径和动压比对射流夹角的影响程度存在差异,通过对两者对比研究发现激波夹角对喷孔直径的变化更为敏感。基于DES（Detached Eddy Simulation）湍流模型与DPM（Discrete Phase Model）粒子模型建立超音速横流中射流雾化模型,主要的模型包括湍流模型、气液相控制模型和破碎模型等。对比不同参数模型的数值结果,进行模型优化选择,并利用激光阴影和高速纹影法所获取的射流雾化数据对模型进行验证。确保数值模型的准确性后,着重探究喷孔直径和液气动压比对超音速来流中粒子分布特性和气体分布特性的影响规律。研究表明:在相同来流条件下,提高喷孔直径或液气动压比能够提升射流柱的穿透和阻塞能力,增强射流柱上游的气相密度,但对于气相压力大小和涡量分布影响不大;而针对射流雾化区域,喷孔直径的扩大能够使射流柱穿透深度提高,但会使粒子横流方向速度降低,粒子直径变大;若在相同喷射速度和直径条件下,随着液气动压比的缩小,来流对射流的气动作用更加明显,上游弓形激波强度增加,射流柱更易弯曲变形,射流粒子速度在来流的拖拽下变得更快且粒子直径更小,但动压比的减少缩小了射流雾化区域。通过试验和数值结果的分析,在来流相同的条件下,喷孔直径对射流雾化区域的影响更为突出,通过改变喷孔直径可以调整射流雾化区域,保证雾化质量。
祁磊[4]（2020）在《燃气轮机旋转爆轰燃烧技术及循环特性研究》文中提出提高燃气轮机循环热效率是当前能源动力领域的研究热点。传统燃气轮机燃烧室采用基于布雷顿循环的等压燃烧加热过程,燃烧过程熵变大,极大限制了循环热效率的进一步提高。旋转爆轰燃烧具有等容燃烧加热的特点,燃烧过程自增压、熵变小、污染物生成量少。燃气轮机采用旋转爆轰燃烧技术,将使其具有等容加热循环的高循环热效率,又兼具体积小、重量轻、单机功率大、振动噪声小等固有优势。目前关于燃气轮机旋转爆轰燃烧技术的研究尚处于起步阶段,旋转爆轰燃烧室特性参数的系统性研究以及旋转爆轰燃气轮机循环理论研究均不完善。因此,进一步开展旋转爆轰燃烧室基本特性研究,构建旋转爆轰燃烧室总体性能预测模型,对完善旋转爆轰燃气轮机热力循环模型理论、推进燃气轮机循环的技术变革具有重要的理论意义和学术价值。本文对氢气-空气、甲烷-空气旋转爆轰燃烧场进行了数值模拟研究,并开展了氢气-空气旋转爆轰燃烧的实验研究,分析了进气条件、结构尺寸等可控边界条件对旋转爆轰燃烧场基本特性的影响,构建了旋转爆轰燃烧室数学模型,对旋转爆轰燃气轮机循环特性进行了系统研究。具体研究内容如下:（1）为探究旋转爆轰燃烧场发展过程和增压特性,开展了氢气-空气旋转爆轰燃烧实验以及氢气-空气、甲烷-空气旋转爆轰燃烧数值研究。实验中在空气进气总压430k Pa条件下氢气-空气旋转爆轰波最大速度为1456.1m/s,并发现燃烧室在点火后存在不稳定发展阶段。数值研究中进一步发现在氢气-空气旋转爆轰燃烧室不稳定阶段中存在爆轰波对撞、激波对撞、爆轰波和激波对撞三种对撞形式,其中爆轰波和激波对撞后逐渐形成相对稳定的燃烧场,而爆轰波对撞后出现熄爆现象;熄爆后局部高压区的出现和发展导致再起爆后爆轰波方向发生随机变化;甲烷-空气旋转爆轰燃烧室不稳定阶段中存在爆轰波和激波对撞、爆轰波和火焰锋面对撞两种对撞形式,并未出现熄爆现象,且爆轰波和火焰锋面对撞后出现斜激波。（2）旋转爆轰燃烧室的增压特性与过程熵变以及吉布斯自由能变化有直接联系;燃烧场内复杂波系（斜激波、透射激波、爆燃区等）导致工质在经历旋转爆轰燃烧增压后继续出现明显的熵增加;计算工况下甲烷-空气旋转爆轰燃烧室增压比为2.0664,与等容燃烧（5.6278）存在明显差距。（3）为进一步探索旋转爆轰燃烧特性的变化规律,利用数值研究手段,基于二维欧拉方程,对甲烷-空气旋转爆轰燃烧特性参数在不同进气总压、总温、当量比以及燃烧室轴向尺寸下的变化情况进行了系统研究。发现燃烧室增压比与进气当量比正相关,与进气总温、轴向尺寸负相关,而与进气总压无明显关系;比质量流量与进气总压正相关,与进气总温、进气当量比负相关;燃烧效率在各种条件下无明显变化,均超过99.5%。（4）在甲烷-空气旋转爆轰燃烧增压特性产生机理和影响因素研究的基础上,提出了直接掺混式旋转爆轰燃气轮机循环方案和级间抽气式旋转爆轰燃气轮机循环方案。结合旋转爆轰燃烧室数值模拟计算和燃气轮机循环仿真计算,采用控制变量法,研究了不同限制条件下（定甲烷质量流量、定涡轮进口总温、定燃烧室通流面积）,压气机压比、压气机效率、涡轮效率、涡轮进口总温、燃烧室进气当量比、以及压气机抽气位置六个因素对旋转爆轰燃气轮机的影响。结果表明两种方案较传统燃气轮机在循环热效率和循环净功上均有明显提高,且前者效果更好;在各因素变化幅度相同的条件下,涡轮效率和抽气位置是对循环净功、循环热效率增量影响最大的因素,而旋转爆轰燃烧室当量比带来的影响最小。（5）基于旋转爆轰燃烧室特性参数的影响因素分析构建了旋转爆轰燃烧室数学模型,最终建立了甲烷-空气旋转爆轰燃气轮机循环计算模型。发现在涡轮进口总温为1450K时,循环热效率达到0.3859,循环净功达到10966.0k W,对比传统燃气轮机循环分别提高了0.0248（6.87%）和1304.4k W（13.50%）,压气机压比减小了2.2324（15.95%）;随着工况降低循环热效率和循环净功的增量逐渐增大,但压气机压比减小量逐渐减小;在涡轮进口总温为1279K时,循环热效率和循环净功的增量分别达到0.0539（17.92%）和1603.2k W（25.76%）。研究了燃烧室通流面积和环境温度对旋转爆轰燃气轮机循环特性参数的影响;利用循环特性参数增量变化敏感性计算法定性分析了不同工况下旋转爆轰燃气轮机循环特性参数增量的变化趋势。所有计算结果均表明旋转爆轰燃气轮机循环性能参数在不同计算工况下相对于传统燃气轮机有显着优势。
虞达礼[5]（2020）在《湍流火焰逆梯度输运分布规律与不稳定性机理研究》文中进行了进一步梳理逆梯度输运现象是湍流燃烧过程中广泛存在的现象。这一现象的出现,对传统顺梯度假设基础上建立的湍流与燃烧模型产生了巨大冲击。除此之外,逆梯度输运其主要影响因素是热扩散与湍流因素,且其物理过程主要发生在微观的尺度内,这些要素都与目前关于火焰不稳定性的研究高度契合。本文将主要采用理论分析与数值模拟方法针对湍流燃烧中逆梯度输运的分布规律,影响因素以及其与火焰不稳定性在空间分布上的关系进行讨论,主要内容概括如下:在湍流火焰封闭模型基础上进行理论推导,建立逆梯度输运分布规律。目前发展较为完善的将逆梯度输运纳入研究范畴的理论模型往往无法实现高精确性与高效率的统一,本文发展的理论方法在获得关于预混火焰入口条件的基础上即可对逆梯度输运发生区域进行预测。该理论的有效性在本文建立的Moreau燃烧室算例的数值模拟与统计分析中得到了考验。在标准算例基础上进行了多工况分析,验证了自创逆梯度输运分布规律的适用性,并对热扩散、宏观对流因素、微观湍流等因素对逆梯度输运的影响进行了分析。结果表明,温度对逆梯度输运的分布与强度都具备较大的影响,居于主导地位。对流与湍流因素的作用机理则较为复杂,二者对逆梯度输运强度的影响均较小,但二者可通过改变流场流动模式对逆梯度输运的空间分布产生影响,其总体影响较热扩散因素更弱。在Flame-D实验模型基础上建立大涡模拟,并通过逆梯度输运分布规律与Hilbert-Huang变换方法分别对流场输运特性与压力频谱进行了分析。结果表明,在火焰大部分区域,压力主频基本没有波动,但在燃料入口附近,压力主频在径向上存在变动,其趋势与当地逆梯度输运的变化趋势有一定相似之处,即逆梯度输运能够反映出由于热扩散与湍流因素导致的不稳定性,但由于声学不稳定性的存在,并不能反映出不稳定性全部特征。
朱敏[6]（2020）在《铝镁贫氧推进剂燃烧特性对冲压发动机工作性能影响研究》文中提出固体火箭冲压发动机（Solid Rocket Ramjet,SRRJ）是一种先进的吸气式动力推进装置,具有比冲大、射程远、结构简单且可靠性高等优势,适用于超音速巡航的各类炮弹和导弹系统。上世纪50年代新型高能复合推进剂的成功研制,为促进冲压发动机应用发展奠定了技术基础。为了进一步提高固体燃料的比冲,综合考虑能量密度、易着火性、毒性和贮存量等多方面因素,镁、铝等金属颗粒被添加到复合推进剂的配方中。SRRJ具有燃气发生器、进气道和后台阶等特征结构,实际内流场具有明显的三维湍流特性,特别是伴随微米级金属颗粒群运动和燃烧的多相耦合情况,目前主要采用实验观察与测量的方法进行研究分析。本文针对这类复杂问题,发展了一套跨尺度多相反应耦合数值求解器（Coupled Multiphase Reacting Phenomena Solver,CMRPS）,结合先进实验技术及地面直连式冲压发动机热车试验系统,仿真模拟和实验研究了铝镁贫氧推进剂燃烧特性对冲压发动机工作性能的影响。本文主要研究工作如下:（1）开发了二维/三维的跨尺度多相反应耦合数值求解器CMRPS,包含气相、固相和离散相三个独立模块,具有数值模拟湍流气力输运的稠密/稀疏气固两相耦合反应问题的仿真研究能力。气相模块基于有限体积法（Finite Volume Method,FVM）实现,综合考虑湍流、混合多组分、化学反应动力学和热力学等问题,通过源项方法与固相和离散相进行耦合,实现非定常迭代计算。固相模块主要用于计算复合推进剂内部热传导过程,通过大小相同的热通量和边界温度实现热耦合（Conjugate Heat Transfer,CHT）关联计算,求解固体域热能分布及燃面温度。微米级金属颗粒群运动和燃烧过程的追踪方法具体由离散相当地实际体积分数决定,基于Eulerian方法的双流体模型（Two Fluid Model,TFM）适用于研究稠密气固两相流,而对应稀疏颗粒轨道追踪问题的仿真模拟采用基于Lagrangian方法的离散单元方法（Discrete Element Model,DEM）。最后结合多个经典算例,对CMRPS仿真模拟结果的可靠性和准确性进行了验证分析。（2）考虑真实冲压发动机内流场的强迫对流复杂环境影响,研究微米级镁颗粒的微观定性火焰模态转变,并分析拟合了多类因素综合确定的单颗粒瞬时燃速和火焰总持续时间的定量公式。一方面,颗粒直径和环境参数（压强、温度及氧浓度）都会影响镁颗粒的燃烧波温度分布;静态下各向同性的镁颗粒火焰形貌同时还受到强迫对流效应的显着影响,随着相对速度的持续增大相关火焰模态由全包络,经过渡态向曳尾态转变,最终甚至可能导致熄火。分析单颗粒瞬时燃速和火焰总持续时间受到上述多类因素的综合影响,依据138项数值研究工况的仿真结果,基于最小二乘法提出了多变量共同作用的定量拟合公式。（3）搭建密闭耐高温高压激光点火实验台,包括高速摄像机、红外测温仪、钨铼微热电偶和高频测试系统等,研究分析了某铝镁贫氧推进剂的近燃面区初始分解燃烧特性。结合CMRPS双流体算法和16组分16基元反应动力学简化模型开展仿真模拟,对流固耦合传热过程及近燃面区火焰结构进行了研究分析。研究发现在冲压发动机地面试验工作压强范围内,Vielle和Summerfield提出的两种半经验公式都能很好地拟合该铝镁贫氧推进剂的压强-燃速关系。基于流固热耦合算法仿真模拟工况压强0.60 MPa的大气氛围中的燃面温度为1044 K,与实验值误差约4.4%。深入分析不同压强和氧浓度条件下的近燃面区火焰结构及主要反应组分分布,发现燃烧波温度曲线具有双平台特性。机理分析是因为受到环境状态参数影响的混合组分的化学反应路径和剧烈程度差异,表现为近燃面区流场高温组分扩散及其火焰对固体推进剂热反馈的综合现象。（4）通过基于Eulerian-Lagrangian模型建立的CFD-DEM气固模块双向耦合算法,研究微米级铝颗粒群补燃室射流燃烧的稀疏气固两相流的宏观耦合特性,追踪分析了离散相的运动弥散分布和燃烧反应过程。研究发现添加了铝颗粒群的耦合两相流较初始单相流场表现出显着的速度滞后和温度超前特征,其综合作用对于提高全局温度和实际推力具有正向意义,但因为存在相间阻力,可能反而会降低流场局部气相速度。进一步对加质铝颗粒群的入射范围、初始温度、直径和质量流率的影响进行了统计计算和定量分析。较好的颗粒群分散程度意味着有更高的气体接触反应机会和更大的传热传质空间,因此有助于提高燃烧效率。入射铝颗粒的初始温度越高、直径越小,着火速度越快,燃烧越容易实现,即意味着在固定长度补燃室的有限驻留时间内能够促进充分反应释放出更多的热量。铝颗粒及其燃烧产物的相变物理反应与燃烧氧化过程一样会显着影响多相流场温度分布,同时必须考虑当地物质组分的实际配比和掺混状态。（5）地面联管热车试验研究验证了以某铝镁贫氧推进剂为燃料的固体火箭冲压发动机全尺寸工作性能,该对称式侧向双路进气的管道火箭冲压发动机试验系统采用多套传感器,测量和记录了空燃比15工况下DRE工作全过程的压强场、温度场和推力等重要参数变化,并对热防护衬层烧蚀现象进行了剖析。受来流的双进气道结构决定,内流场高温区同样呈对称状分布,具有强湍流特性。引入的外界冲压空气在进气道入口上游附近区域形成回流区,在下游附近区域强烈碰撞并进行组分增强掺混,导致当地存在更高的氧浓度且实现二次燃烧。结合CMRPS的CFD-DEM气固模块双向耦合算法,成功仿真模拟了相同试验条件下该DRE内流场中的铝镁颗粒群运动弥散分布规律,捕捉分析了颗粒群燃烧效率及多相反应耦合流场细节等其他特性。最后剖析发现热防护衬层的烧蚀现象与高温燃气分布和颗粒群运动冲刷密切相关,主要存在热化学烧蚀和机械剥蚀两方面因素作用。
李佩波[7]（2019）在《超声速气流中横向喷雾的混合及燃烧过程数值模拟》文中研究指明本文以超燃冲压发动机中的液体燃料射流为研究对象,以实现超声速气流中液体燃料射流喷注、雾化、混合、蒸发及燃烧完整过程的数值模拟为基本目标,建立了两相燃烧大涡模拟方法,并对超声速气流中横向喷雾混合及燃烧过程中涉及的基本物理过程及机理进行了讨论分析。首先基于欧拉-拉格朗日框架建立起一套适用于超声速气流中两相流动的大涡模拟方法。通过基于网格控制体建立的动态数据链表实现了对液滴的高效管理以及液滴在变形网格条件下的高效追踪与定位;采用三线性插值方法及最近网格节点源项统计方法实现了气液两相双向耦合;基于区域分解及虚拟网格液滴共享进一步实现了两相流动的大规模并行计算;通过考虑液滴变形修正了液滴破碎后子液滴的位置与速度。针对超声速气流中液体横向水射流的雾化过程对上述数值模型及数值方法进行了考核验证。数值模拟结果成功再现了实验观测的射流破碎拉丝现象并揭示了其中的物理机理。对超声速气流中平板液体横向射流开展了数值模拟并分析了其三维混合过程,发现了有别于气体横向射流以及亚声速气流中液体横向射流的反转旋涡对结构。基于压力梯度力及液滴源项作用力的对比分析揭示了涡对结构形成的机理并构建了超声速气流中液体横向射流的三维流动拓扑结构。对凹腔上游液体射流的雾化混合过程开展了数值模拟并分析了射流与凹腔的相互作用以及凹腔附近液雾的分布输运特性。数值模拟成功捕获了实验中观测到的射流边界混合层中的涡结构,揭示了液滴家族的时间演化过程即液滴家族从破碎拉丝时表现的反斜杠“”类型演变为小于号“<”类型,最后呈现为正斜杠“/”类型。凹腔上游的反转旋涡对对液滴进入凹腔的卷吸行为有显着影响。射流与凹腔之间的相互作用在凹腔内部形成两个明显的诱导涡。在考虑燃料射流雾化的基础上通过采用无限热传导率蒸发模型实现了液雾场蒸发过程的数值模拟并进行了验证考核。凹腔燃烧室中液体煤油射流的数值模拟结果较好地揭示了液体射流在高总温超声速气流中的蒸发特性,明晰了凹腔附近的点火环境。液滴几乎不能在凹腔内存活,仅有少部分液滴卷吸进入上游凹腔。喷注压力通过影响近壁区中的燃料分布和总燃料质量流率来影响卷吸进入凹腔内的燃料质量。在火核的预期发展路径上,可反应的燃料质量分数和气相温度逐渐升高,湍动能逐渐降低,进而有利于火核的维持和发展。基于煤油两步反应机理及准层流反应模型实现了煤油射流雾化、蒸发及燃烧全过程的数值模拟并进行了验证考核。针对实验中两个典型燃烧工况进行了大规模计算,分析了不同燃烧模式下气相流场及液相流场的基本特征。弱燃烧模式下,液雾与火焰的相互作用较弱,火焰主要表现为预混火焰。强燃烧模式下,火焰存在较强的不稳定特性,燃料液雾的分布特性受火焰的影响较大。火焰在逆传过程中逐渐由预混火焰主导转变为预混与扩散火焰共同主导。在射流上游区域,火焰主要表现为扩散火焰;而在远下游区域,火焰主要表现为预混火焰。
王金云[8]（2019）在《纳米金属燃料发动机稳态燃烧及喷管两相流特性研究》文中研究说明纳米金属燃料具有高燃烧热值、高比能量、高燃烧速率、燃烧产物无废气污染等诸多优点,未来可取代煤炭、石油、天然气等石化不可再生能源,广泛应用于水下航行体、水面船舶、空间飞行器、深空探测器等能源动力系统,以及深海工作站、水下钻井平台、空间工作站及边远山区的发电系统,是一种极具发展前景的新型燃料。近年来,一种双介质金属燃料发动机技术进入科学研究领域,该技术使航行体既可在水下超空泡高速航行,又可水上超音速高速推进,对未来国家航空航天、水下武器装备技术的发展具有巨大的推动作用。特别是纳米金属燃料发动机（金属含量80%以上）具有高燃速、高比能量,高比冲、安全可控的优点,可实现运载器的高速推进。针对纳米金属燃料发动机优化设计技术,本文分别研究水反应纳米铝基金属燃料发动机和氧反应纳米铁基金属燃料发动机喷管两相流特性,以及颗粒形貌、尺寸、凝相含量等因素对发动机性能的影响。此外,研究了非球形颗粒对金属燃料发动机比冲损失和推进剂燃烧稳定性的影响。首先,本文分别对水反应纳米铝基金属燃料发动机和氧反应纳米铁基金属燃料发动机系统展开研究,分别建立了水反应纳米铝基和氧反应纳米铁基金属燃料发动机喷管两相流控制模型与颗粒燃烧模型,基于VC++软件编程,对纳米金属燃料发动机颗粒燃烧特性和喷管内两相流动特性进行模拟仿真,研究了喷管内流体密度、压强、雷诺数、马赫数、气相速度、气相温度、颗粒速度、颗粒温度、颗粒粒径、颗粒质量传递速率、颗粒密度分布、颗粒线燃烧速度、颗粒质量释放速率、颗粒速度滞后、温度滞后、燃烧时间等重要参数的变化趋势。重点讨论了纳米金属燃料发动机喷管内颗粒流动特性以及颗粒尺寸、凝相含量对两相流损失的影响,基于实验的方法进一步验证了理论结果的正确性。结果表明,凝相含量约为36%,颗粒尺寸约为0.40～0.70μm时,水反应纳米铝基金属燃料发动机平均比冲可达4900N·s/kg;凝相含量约为30%,颗粒粒径约为0.4～1.0μm时,氧反应纳米铁基金属燃料发动机比冲可达3100N·s/kg以上。进一步地,本文开展了考虑椭球形、立方形等非球形颗粒因素的金属燃料发动机喷管两相流特性研究,建立非球形颗粒阻力系数、颗粒Nusselt数模型、金属燃料发动机喷管两相流模型,模拟了不同攻角下椭球形颗粒、立方形及球形三种颗粒模型对发动机喷管两相流损失的影响,并进行发动机点火燃烧试验,验证了椭球形颗粒模型的合理性。结果表明,椭球形假设模型能更好地吻合实验结果。最后,本文建立了长椭球与扁椭球颗粒燃烧模型,分析了不同颗粒形貌与尺寸在一定条件下的燃烧性能。结果表明,颗粒形态、尺寸和雷诺数对纳米铝基推进剂的燃烧特性具有显着的影响。本文的研究方法可为双介质航行体发动机技术优化设计提供理论依据和参考。
李幸泰[9]（2019）在《超声速燃烧室壁面燃料射流燃烧特性研究》文中提出超燃冲压发动机在高马赫数运行下面临再生冷却能力不足的问题,因此通过引入气膜冷却进一步提高壁面的冷却能力。采用壁面射流方式进入燃烧室完成冷却任务后的吸热型碳氢燃料内部仍有较大能量可供利用。基于此,本文研究该部分燃料能否发生燃烧膨胀做功,以期提升发动机性能。本文利用数值模拟方法对燃烧室内的超声速掺混燃烧过程进行了研究。建立了超声速燃烧室壁面碳氢燃料射流掺混燃烧模型,湍流模型与燃烧模型分别采用SST k-w模型和涡耗散概念模型,化学反应机理采用40组分,141步反应简化机理。然后将建立的模型及数值方法计算得到的结果与美国NASA刘易斯研究中心的实验数据进行对比,验证了数值计算模型的准确性及可行性。为了明确超声速燃烧室内的混合特征,利用RANS模型计算了燃烧室内的基本冷流场结构,并且分析了不同射流与主流进口条件对流动以及混合的影响。发现,在主流与射流入口处分别会有激波以及膨胀波产生,并且,射流速度与射流孔径高度越小,流场内流体混合加强,但主流总温变化不会对掺混产生影响。同时,还发现了不同条件下壁面摩擦系数会变化,并且射流速度与射流孔径高度越小,主流总温越小,则壁面摩擦系数也越小,这可以减小燃烧室内的摩擦阻力,提升发动机推阻比。分析了燃烧场的流场结构。研究表明,起火位置在边界层上,并且燃烧会影响边界层内的流动掺混。研究了不同入口参数的影响,发现射流速度越大,射流孔径高度越大,主流总温越低,会使得起火位置延后,并且火焰分布在远离边界层区域。同时,燃烧会明显降低壁面摩擦系数,火焰强度越大,摩擦系数的降低幅度越大。最后研究了激波对于燃烧室掺混燃烧的影响。发现激波会使得射流与主流的掺混更加靠近主流区域,加强流体之间的掺混燃烧。同时,激波作用在起火位置之前会使得火焰发生点提前,作用在起火位置之后会增大火焰强度。激波的强度越强也会使得燃烧室内流体之间的混合增强,发生燃烧时火焰强度增强。
刘明远[10]（2019）在《基于铝水反应的混合动力系统流场仿真与性能分析》文中研究说明随着目前海上形势的不断变化,世界各国对海战武器的性能要求与日俱增。鱼雷作为常规的海战武器,急需提升其动力装置的能量特性来满足当今的作战需要。铝粉燃料能量密度大、易于制备、燃烧产物绿色环保,用于水下推进技术,能够显着提升现有动力装置的能量特性。本文对基于铝水反应的水冲压发动机和涡轮发动机的混合动力系统进行研究,首先进行燃烧室内铝水反应初步优化和设计工况下涡轮机性能计算,然后对不同工况下的涡轮机气动性能进行分析,最后进行整体三维仿真模拟,研究系统内部的铝水燃烧特性以及两相流燃气运动规律。对铝水反应的温度特性进行热力学计算,确定了满足涡轮机工作条件的进口燃气温度下的铝水质量比。运用数值模拟的方法研究了不同进水距离下的燃烧室内热流场分布规律,得到了最优的进水位置。根据计算得到的两相燃气热力学参量对涡轮机进行一维热力学计算,初步得到涡轮机的性能特性。对涡轮机在设计工况下进行数值模拟,分析了两相流燃气在涡轮机内部的流动规律和能量损失,计算结果与理论计算吻合较好。通过数值模拟的方法对涡轮机在不同进口总压、不同出口背压的条件下进行计算,结果表明,涡轮机总压损失和功率随着膨胀比的增加而增大,效率则先升后降,在设计工况下达到最大值。最后对整体动力系统进行三维数值仿真,结果表明铝粉颗粒的反应速率与反应物浓度和湍流强度有关,相比燃气相,颗粒相存在着明显的温度滞后和速度滞后,两相流燃气进入涡轮机后在叶片流道内会产生激波并形成流动分离,造成了较大的总压损失。本文使用了数值方法对基于铝水反应的混合动力系统进行了研究,得到了系统内部的两相燃烧流动规律和性能变化,能够为相关的实验研究进行理论指导。
二、超音燃烧冲压发动机（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、超音燃烧冲压发动机（论文提纲范文）
（1）可压缩气固两相湍流边界层/射流的直接数值模拟研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 超燃冲压发动机研究背景 |
| 1.1.1 超燃冲压发动机简介 |
| 1.1.2 固体燃料超燃冲压发动机 |
| 1.2 可压缩两相边界层 |
| 1.2.1 可压缩边界层研究概述 |
| 1.2.2 两相边界层研究概述 |
| 1.3 可压缩两相横射流 |
| 1.3.1 可压缩横向射流研究概述 |
| 1.3.2 两相横射流研究概述 |
| 1.4 可压缩流体中的颗粒阻力研究 |
| 1.4.1 激波-颗粒相互作用的实验研究 |
| 1.4.2 激波-全尺度颗粒相互作用的模拟研究 |
| 1.5 本文主要研究内容和结构 |
| 2 数学模型与数值算法 |
| 2.1 可压缩气固两相湍流的控制方程 |
| 2.1.1 气相控制方程 |
| 2.1.2 颗粒相控制方程 |
| 2.1.3 无量纲控制方程 |
| 2.2 数值算法 |
| 2.2.1 高精度激波捕捉格式 |
| 2.2.2 八阶中心差分格式 |
| 2.2.3 三步三阶TVD-RK时间步进 |
| 2.2.4 非均匀网格的离散算法 |
| 2.3 虚拟点内嵌边界方法 |
| 2.3.1 反距离插值算法 |
| 2.3.2 边界条件的施加 |
| 2.3.3 算法施加流程总结 |
| 2.4 数值算法验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 可压缩两相湍流边界层的直接数值模拟 |
| 3.1 模拟设置与参数 |
| 3.2 转捩边界层的预模拟及验证 |
| 3.2.1 预模拟计算设置 |
| 3.2.2 预模拟统计结果 |
| 3.2.3 湍流入口验证 |
| 3.3 颗粒弥散分布特性 |
| 3.3.1 选择性富集 |
| 3.3.2 颗粒自相似分布特性 |
| 3.4 颗粒运动特性 |
| 3.5 涡结构对颗粒速度影响分析 |
| 3.6 颗粒于低流体密度区域的选择性富集机理分析 |
| 3.7 本章小节 |
| 4 可压缩两相横向射流的直接数值模拟 |
| 4.1 模拟设置与参数 |
| 4.2 单相横向射流湍流验证 |
| 4.2.1 瞬态结构 |
| 4.2.2 时均结构 |
| 4.3 颗粒弥散特性 |
| 4.4 颗粒对平均流的影响 |
| 4.4.1 边界层厚度与摩擦阻力 |
| 4.4.2 射流与颗粒轨迹 |
| 4.5 颗粒的湍流调制 |
| 4.6 本章小节 |
| 5 激波与全尺度颗粒群相互作用的微观尺度直接数值模拟研究 |
| 5.1 计算设置 |
| 5.1.1 流场与颗粒初始化设置 |
| 5.1.2 量纲分析 |
| 5.1.3 网格无关性检验 |
| 5.2 激波马赫数对激波结构的影响 |
| 5.3 激波马赫数对颗粒阻力的影响 |
| 5.3.1 瞬时阻力系数 |
| 5.3.2 峰值阻力系数 |
| 5.4 激波马赫数对颗粒升力的影响 |
| 5.5 激波马赫数对流场湍流脉动的影响 |
| 5.6 欧拉求解器与Navier-Stokes求解器对模拟结果的影响 |
| 5.7 颗粒位置随机初始化对模拟结果的影响 |
| 5.8 本章小节 |
| 6 全文总结与创新点及展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（2）涡轮基组合循环动力关键技术进展（论文提纲范文）
| 1 国外发展现状 |
| 1.1 美国 |
| 1.1.1 RTA项目 |
| 1.1.2 FaCET计划 |
| 1.1.3 HiSTED计划 |
| 1.1.4 FAP计划 |
| 1.1.5 MoTr计划 |
| 1.1.6 三喷气构型 |
| 1.1.7 STELR计划 |
| 1.1.8 AFRE计划 |
| 1.2 日本 |
| 1.3 俄罗斯 |
| 1.4 欧盟 |
| 1.4.1“弯刀”发动机 |
| 1.4.2“佩刀”发动机 |
| 2 关键技术瓶颈 |
| 3 展望及建议 |
| 4 结论 |
（3）超燃冲压发动机射流破碎雾化特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 试验研究 |
| 1.2.2 模拟研究 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第二章 超音速横流中射流破碎试验和数据分析方法 |
| 2.1 试验装置 |
| 2.1.1 脉冲风洞 |
| 2.1.2 激光阴影装置 |
| 2.1.3 高速纹影装置 |
| 2.1.4 同步控制系统 |
| 2.2 数据处理 |
| 2.3 本章总结 |
| 第三章 超音速横流中射流破碎和流场结构特性分析研究 |
| 3.1 超音速横流中射流破碎特性分析 |
| 3.1.1 液气动压比对射流破碎特性的影响 |
| 3.1.2 喷孔直径对射流破碎特性的影响 |
| 3.2 超音速横流中流场结构特性分析 |
| 3.2.1 液气动压比对流场结构特性的影响 |
| 3.2.2 喷孔直径对流场结构特性的影响 |
| 3.3 本章总结 |
| 第四章 超音速横流中射流雾化模型建立与验证 |
| 4.1 几何模型及边界条件 |
| 4.1.1 几何模型 |
| 4.1.2 边界条件 |
| 4.2 射流雾化模型 |
| 4.2.1 离散相模型 |
| 4.2.2 湍流模型 |
| 4.2.3 气液相控制方程 |
| 4.2.4 破碎模型 |
| 4.3 模型调试及网格独立性检验 |
| 4.3.1 模型调试 |
| 4.3.2 网格独立性检验 |
| 4.4 模型验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 超音速横流中气体分布和射流雾化特性分析研究 |
| 5.1 超音速横流中气体分布与射流雾化特性分析 |
| 5.1.1 超音速横流中气体分布特性分析 |
| 5.1.2 超音速横流中射流喷雾化特性分析 |
| 5.2 喷孔直径对气体分布和射流雾化特性的影响 |
| 5.2.1 喷孔直径对气体分布特性的影响 |
| 5.2.2 喷孔直径对射流雾化特性的影响 |
| 5.3 液气动压比对气体分布和射流雾化特性的影响 |
| 5.3.1 液气动压比对气体分布特性的影响 |
| 5.3.2 液气动压比对射流雾化特性的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间学术成果 |
（4）燃气轮机旋转爆轰燃烧技术及循环特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 博士学位论文创新成果自评表 |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究目的与意义 |
| 1.2 旋转爆轰燃烧的国内外研究进展 |
| 1.2.1 旋转爆轰燃烧的国外研究进展 |
| 1.2.2 旋转爆轰燃烧的国内研究进展 |
| 1.2.3 燃气轮机旋转爆轰燃烧技术及循环特性研究进展小结及存在的不足 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 旋转爆轰燃烧场数学模型及网格无关性分析 |
| 2.1 三维非预混式旋转爆轰燃烧场数学模型及网格无关性分析 |
| 2.1.1 三维非预混式旋转爆轰燃烧场数学模型 |
| 2.1.2 三维非预混旋转爆轰燃烧室几何模型和边界条件 |
| 2.1.3 三维非预混旋转爆轰燃烧室网格无关性验证 |
| 2.2 二维预混式旋转爆轰燃烧场数学模型及网格无关性分析 |
| 2.2.1 二维预混式旋转爆轰燃烧场数学模型 |
| 2.2.2 二维预混式旋转爆轰燃烧室几何模型和边界条件 |
| 2.2.3 二维简化旋转爆轰燃烧室模型网格无关性验证 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 旋转爆轰燃烧场发展过程和增压特性研究 |
| 3.1 旋转爆轰燃烧实验系统介绍 |
| 3.1.1 旋转爆轰燃烧实验系统总体介绍 |
| 3.1.2 旋转爆轰燃烧室结构介绍 |
| 3.1.3 进气系统介绍 |
| 3.1.4 点火系统介绍 |
| 3.1.5 测控及数据采集系统介绍 |
| 3.2 旋转爆轰燃烧室单波模态基本特性研究 |
| 3.2.1 氢气-空气旋转爆轰单波模态实验研究 |
| 3.2.2 氢气-空气旋转爆轰单波模态数值研究 |
| 3.3 旋转爆轰燃烧场发展过程研究 |
| 3.3.1 氢气-空气旋转爆轰燃烧场发展过程研究 |
| 3.3.2 甲烷-空气旋转爆轰燃烧场发展过程研究 |
| 3.4 旋转爆轰燃烧室增压特性研究 |
| 3.4.1 燃烧过程增压特性的对比分析 |
| 3.4.2 旋转爆轰燃烧场的增压特性分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 进气条件和结构参数对旋转爆轰燃烧特性的影响 |
| 4.1 进气总压对旋转爆轰燃烧特性的影响 |
| 4.1.1 不同进气总压下旋转爆轰燃烧场特性参数变化研究 |
| 4.1.2 不同进气总压下旋转爆轰燃烧室性能参数研究 |
| 4.2 进气总温对旋转爆轰燃烧特性的影响 |
| 4.2.1 不同进气总温下旋转爆轰燃烧场特性参数变化研究 |
| 4.2.2 不同进气总温下旋转爆轰燃烧室性能参数研究 |
| 4.3 进气当量比对旋转爆轰燃烧特性的影响 |
| 4.3.1 不同进气当量比下旋转爆轰燃烧场特性参数变化研究 |
| 4.3.2 不同进气当量比下旋转爆轰燃烧室性能参数研究 |
| 4.3.3 低当量比熄火现象研究 |
| 4.4 轴向尺寸对旋转爆轰燃烧特性的影响 |
| 4.4.1 不同轴向尺寸下旋转爆轰燃烧场特性参数变化研究 |
| 4.4.2 不同轴向尺寸下旋转爆轰燃烧室性能参数研究 |
| 4.4.3 两种不同轴向尺寸数据处理方法的对比研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 部件参数对旋转爆轰燃气轮机循环特性的影响 |
| 5.1 旋转爆轰燃烧热力循环特性研究 |
| 5.1.1 旋转爆轰燃烧热力循环数学模型 |
| 5.1.2 不同压比下旋转爆轰燃烧热力循环特性研究 |
| 5.2 旋转爆轰燃气轮机循环方案介绍 |
| 5.2.1 直接掺混式旋转爆轰燃气轮机 |
| 5.2.2 级间抽气式旋转爆轰燃气轮机 |
| 5.3 压气机参数对旋转爆轰燃气轮机的影响研究 |
| 5.3.1 压气机压比对旋转爆轰燃气轮机的影响 |
| 5.3.2 压气机效率对旋转爆轰燃气轮机的影响 |
| 5.4 涡轮参数对旋转爆轰燃气轮机的影响研究 |
| 5.4.1 涡轮效率对旋转爆轰燃气轮机的影响 |
| 5.4.2 涡轮进口总温对旋转爆轰燃气轮机的影响 |
| 5.5 配气条件对旋转爆轰燃气轮机的影响研究 |
| 5.5.1 旋转爆轰燃烧室配气比例对旋转爆轰燃气轮机的影响 |
| 5.5.2 抽气位置对旋转爆轰燃气轮机的影响 |
| 5.6 各因素对旋转爆轰燃气轮机的影响及敏感性分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 旋转爆轰燃气轮机变工况循环特性研究 |
| 6.1 旋转爆轰燃气轮机循环计算模型建立 |
| 6.1.1 旋转爆轰燃气轮机循环计算模型介绍 |
| 6.1.2 压气机和涡轮数学模型 |
| 6.1.3 燃烧室数学模型 |
| 6.1.4 工质热物性数学模型 |
| 6.1.5 稳态模型设计工况校核 |
| 6.2 旋转爆轰燃气轮机循环特性分析 |
| 6.2.1 旋转爆轰燃气轮机循环特性参数分析 |
| 6.2.2 旋转爆轰燃气轮机压气机特性参数分析 |
| 6.2.3 旋转爆轰燃气轮机燃烧室特性参数分析 |
| 6.2.4 旋转爆轰燃气轮机涡轮特性参数分析 |
| 6.2.5 旋转爆轰燃气轮机循环特性参数增量变化敏感性计算法 |
| 6.3 燃烧室通流面积及环境温度对旋转爆轰燃气轮机循环性能的影响 |
| 6.3.1 旋转爆轰燃烧室通流面积对旋转爆轰燃气轮机循环性能的影响 |
| 6.3.2 环境温度对旋转爆轰燃气轮机循环性能的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（5）湍流火焰逆梯度输运分布规律与不稳定性机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 研究背景与意义 |
| 1.1.2 问题的提出 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 湍流燃烧中的逆梯度输运现象 |
| 1.2.2 燃烧不稳定性 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 1.3.1 研究思路 |
| 1.3.2 创新点 |
| 第二章 数值计算与数据处理理方法 |
| 2.1 控制方程 |
| 2.1.1 多组分NS方程 |
| 2.1.2 RANS方程 |
| 2.1.3 LES方程 |
| 2.2 湍流模型 |
| 2.2.1 k-ε模型 |
| 2.2.2 亚格子模型 |
| 2.3 燃烧模型 |
| 2.3.1 BML模型 |
| 2.3.2 TFC模型 |
| 2.3.3 EDC模型 |
| 2.4 求解与离散方法 |
| 2.4.1 求解方法 |
| 2.4.2 离散方法 |
| 2.5 频谱分析方法 |
| 2.5.1 FFT方法 |
| 2.5.2 HHT方法 |
| 第三章 预混火焰逆梯度输运分布规律与验证 |
| 3.1 预混燃烧流场CGT分布规律理论推导 |
| 3.1.1 基于TFC模型的CGT模化方式 |
| 3.1.2 CGT分布规律公式推导 |
| 3.1.3 CGT 分布规律适用范围及相关参数分析 |
| 3.2 验证算例构建 |
| 3.2.1 Moreau燃烧室 |
| 3.2.2 网格与边界条件 |
| 3.2.3 计算模型与算法 |
| 3.3 CGT分布规律验证 |
| 3.3.1 计算结果验证 |
| 3.3.2 燃烧室中CGT空间分布 |
| 3.3.3 准一维分析规律验证 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 CGT分布影响因素 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 热扩散对CGT分布影响的多工况模拟分析 |
| 4.2.1 工况设置 |
| 4.2.2 不同温度梯度下流场CGT分布规律 |
| 4.2.3 热扩散对CGT强度的影响 |
| 4.2.4 热扩散对CGT分布影响规律 |
| 4.3 宏观流动特征对CGT分布影响的多工况模拟分析 |
| 4.3.1 工况设置 |
| 4.3.2 温度、速度梯度同向条件下流场CGT分布 |
| 4.3.3 温度、速度梯度反向条件下流场CGT分布 |
| 4.4 湍流对CGT分布影响的多工况模拟分析 |
| 4.4.1 工况设置 |
| 4.4.2 计算结果 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 扩散燃烧逆梯度输运与不稳定性关系 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 模型计算 |
| 5.2.1 Flame-D实验 |
| 5.2.2 计算条件与网格设置 |
| 5.2.3 计算结果与验证 |
| 5.3 扩散燃烧火焰逆梯度输运特性 |
| 5.3.1 逆梯度输运分布规律的应用 |
| 5.3.2 流场CGT分布 |
| 5.4 频谱分析方法验证 |
| 5.5 扩散燃烧火焰不稳定性 |
| 5.5.1 频谱分析结果 |
| 5.5.2 特征位置数据频谱分析 |
| 5.6 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 硕士期间已发表或录用论文 |
（6）铝镁贫氧推进剂燃烧特性对冲压发动机工作性能影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 冲压发动机技术研究发展概况综述 |
| 1.2.1 当前国外研究现状 |
| 1.2.2 当前国内研究现状 |
| 1.3 含金属添加剂的复合推进剂研究发展概况综述 |
| 1.3.1 复合推进剂分解燃烧特性研究现状 |
| 1.3.2 镁颗粒着火燃烧特性研究现状 |
| 1.3.3 铝颗粒着火燃烧特性研究现状 |
| 1.4 多相流数值模拟仿真研究方法综述 |
| 1.4.1 单流体模型 |
| 1.4.2 多流体模型 |
| 1.4.3 颗粒轨道模型 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 2 跨尺度多相反应耦合数值求解器CMRPS开发 |
| 2.1 研究意义 |
| 2.2 气相湍流流动和非平衡化学反应模块 |
| 2.2.1 三维Navier-Stokes方程 |
| 2.2.2 二维轴对称控制方程 |
| 2.2.3 离散格式和数值算法 |
| 2.2.4 湍流模型 |
| 2.2.5 有限速率基元化学反应动力学 |
| 2.2.6 时间推进方法 |
| 2.2.7 边界条件 |
| 2.3 固相传热传质模块 |
| 2.3.1 固相控制方程 |
| 2.3.2 离散格式和耦合算法 |
| 2.3.3 边界条件 |
| 2.4 离散相运动扩散和燃烧反应模块 |
| 2.4.1 双流体模型 |
| 2.4.2 颗粒轨道模型 |
| 2.4.3 离散相模块架构和加速算法 |
| 2.5 CMRPS基础模块和完整工作流程 |
| 2.6 算例验证 |
| 2.6.1 NACA0012 翼型绕流 |
| 2.6.2 后台阶流动耦合传热 |
| 2.6.3 某固体火箭发动机内流场 |
| 2.6.4 球头激波诱导燃烧 |
| 2.6.5 JPL喷管颗粒射流 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 强迫对流复杂环境影响的镁颗粒微观燃烧特性研究 |
| 3.1 研究意义 |
| 3.2 强迫对流数值仿真研究的基本假设 |
| 3.3 化学反应动力学和热力学模型 |
| 3.4 物理模型和计算网格 |
| 3.5 典型静态火焰形貌和燃烧波结构分析 |
| 3.6 复杂环境条件对镁颗粒燃烧特性影响 |
| 3.6.1 颗粒直径 |
| 3.6.2 环境压强 |
| 3.6.3 环境温度 |
| 3.6.4 环境氧浓度 |
| 3.7 强迫对流对镁颗粒燃烧特性影响修正 |
| 3.8 本章小结 |
| 4 铝镁贫氧推进剂近燃面区初始分解燃烧特性研究 |
| 4.1 研究意义 |
| 4.2 实验方法 |
| 4.2.1 研究对象 |
| 4.2.2 实验平台 |
| 4.3 数值模拟方法 |
| 4.3.1 物理模型和计算网格 |
| 4.3.2 分解组分和化学反应动力学模型 |
| 4.4 铝镁贫氧推进剂分解燃烧特性分析 |
| 4.4.1 近燃面区火焰形貌 |
| 4.4.2 沿中心轴线的燃烧波温度分布 |
| 4.4.3 组分分解和反应路径 |
| 4.5 环境压强影响 |
| 4.6 环境氧浓度影响 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 微米级铝颗粒群射流燃烧的宏观耦合两相流仿真研究 |
| 5.1 研究意义 |
| 5.2 数值模拟方法 |
| 5.2.1 物理模型和计算网格 |
| 5.2.2 边界条件和算例工况 |
| 5.3 铝颗粒群射流的两相耦合反应流场特性分析 |
| 5.3.1 典型颗粒弥散燃烧过程及热反馈效应 |
| 5.3.2 铝颗粒群入射范围的影响 |
| 5.3.3 铝颗粒群初始温度的影响 |
| 5.3.4 铝颗粒群初始直径的影响 |
| 5.3.5 铝颗粒群射流质量流率的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 固体火箭冲压发动机地面热车试验和三维仿真研究 |
| 6.1 研究意义 |
| 6.2 地面直连式冲压发动机试验系统 |
| 6.2.1 海平面巡航状态模拟的来流供气系统 |
| 6.2.2 冲压发动机测试系统 |
| 6.2.3 试验步骤及工况介绍 |
| 6.3 数值模拟的物理模型和计算网格 |
| 6.4 发动机工作性能和多相反应耦合流场细节特征 |
| 6.4.1 DRE工作性能的地面试验和仿真模拟对比 |
| 6.4.2 速度场和推力特性 |
| 6.4.3 颗粒弥散分布和燃烧效率统计分析 |
| 6.4.4 热防护衬层烧蚀问题及现象分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 本文主要结论 |
| 7.2 本文创新点 |
| 7.3 未来展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研成果 |
（7）超声速气流中横向喷雾的混合及燃烧过程数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 超声速气流中液体横向射流相关研究 |
| 1.2.1 液体横向射流的实验研究 |
| 1.2.2 液体横向射流的数值研究 |
| 1.3 凹腔燃烧室中燃料喷雾混合燃烧相关研究 |
| 1.3.1 燃料喷雾混合特性的研究 |
| 1.3.2 燃料喷雾燃烧过程的研究 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 超声速气流中两相流动大涡模拟方法 |
| 2.1 可压缩气相控制方程及其数值方法 |
| 2.1.1 可压缩气相控制方程 |
| 2.1.2 滤波后的气相大涡模拟方程 |
| 2.1.3 气相数值计算方法 |
| 2.2 液滴相控制方程及其数值方法 |
| 2.2.1 液滴相控制方程 |
| 2.2.2 液滴相数值计算方法 |
| 2.2.3 液滴相数据的动态管理 |
| 2.3 气液之间双向耦合数值方法 |
| 2.3.1 液滴在变形网格下的高效定位 |
| 2.3.2 气相对液滴相的作用 |
| 2.3.3 液滴相给气相的源项作用 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 超声速气流中液体横向射流破碎过程研究 |
| 3.1 破碎模型理论及验证 |
| 3.1.1 KH/RT/TAB混合破碎模型 |
| 3.1.2 计算模型及验证 |
| 3.2 射流破碎拉丝过程的机理分析 |
| 3.2.1 实验观测结果 |
| 3.2.2 拉丝过程的条件分析 |
| 3.2.3 拉丝过程的机理分析 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 燃烧室中液体射流的三维流动结构及混合机理 |
| 4.1 平板横向射流的三维流动结构 |
| 4.1.1 计算模型及验证 |
| 4.1.2 气相流动特性及受力分析 |
| 4.1.3 液相输运特性及受力分析 |
| 4.1.4 三维流动结构的讨论 |
| 4.2 液体射流在凹腔燃烧室中的混合过程 |
| 4.2.1 数值模拟与实验的对比 |
| 4.2.2 喷雾流场瞬态演化过程 |
| 4.2.3 液雾分布及输运特性 |
| 4.3 小结 |
| 第五章 凹腔燃烧室中燃料喷雾蒸发过程研究 |
| 5.1 液滴蒸发模型的理论及验证 |
| 5.1.1 蒸发模型介绍 |
| 5.1.2 单液滴蒸发验证 |
| 5.2 高总温来流条件下液滴蒸发过程及验证 |
| 5.2.1 不同来流条件下单液滴蒸发过程 |
| 5.2.2 平板上液体煤油射流的蒸发验证 |
| 5.3 液体煤油射流蒸发及混合过程研究 |
| 5.3.1 计算模型 |
| 5.3.2 流场瞬态演化过程 |
| 5.3.3 液雾分布及蒸发特性 |
| 5.3.4 凹腔附近点火环境分析 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 凹腔燃烧室中燃料喷雾燃烧特性研究 |
| 6.1 两相燃烧计算方法 |
| 6.1.1 化学反应源项计算方法 |
| 6.1.2 煤油反应机理 |
| 6.2 煤油射流燃烧的初步验证分析 |
| 6.2.1 仿真计算条件 |
| 6.2.2 实验结果验证 |
| 6.2.3 燃烧流场基本特征 |
| 6.3 喷雾燃烧流场火焰准稳定特性分析 |
| 6.3.1 计算模型及网格 |
| 6.3.2 喷雾燃烧流场瞬时特性 |
| 6.3.3 喷雾燃烧流场统计特性 |
| 6.3.4 喷雾燃烧流场的火焰模式 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 主要研究工作与结论 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 论文不足及未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（8）纳米金属燃料发动机稳态燃烧及喷管两相流特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 金属燃料发动机研究进展 |
| 1.2.1 超空泡金属燃料发动机技术 |
| 1.2.2 水反应金属燃料技术 |
| 1.2.3 纳米铁粉金属燃料技术 |
| 1.2.4 纳米金属燃料发动机喷管两相流特性研究 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 第2章 水反应纳米铝基金属燃料发动机喷管两相流特性研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 水反应纳米铝基金属燃料发动机喷管两相流控制模型 |
| 2.2.1 气固两相流基本方程 |
| 2.2.2 颗粒燃烧模型 |
| 2.2.3 颗粒动力学模型 |
| 2.2.4 发动机喷管两相流控制模型 |
| 2.3 水反应金属燃料发动机系统实验搭建 |
| 2.4 水反应纳米金属燃料发动机喷管两相流特性分析与实验验证 |
| 2.4.1 水反应纳米金属燃料发动机喷管两相流模拟仿真与分析 |
| 2.4.2 水反应纳米金属燃料发动机燃烧试验验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 氧反应纳米铁基金属燃料发动机喷管两相流特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 纳米铁基金属燃料发动机喷管两相流控制模型 |
| 3.3 纳米铁基金属燃料发动机系统设计 |
| 3.4 氧反应纳米铁基金属燃料发动机喷管两相流特性研究 |
| 3.4.1 氧反应纳米铁基金属燃料发动机喷管两相流仿真分析 |
| 3.4.2 氧反应纳米铁基金属燃料发动机燃烧实验 |
| 3.4.3 两种纳米金属燃料发动机喷管两相流特性比较 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 考虑非球形颗粒因素的金属燃料发动机喷管两相流特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 非球形纳米铁基金属燃料发动机喷管两相流理论模型 |
| 4.2.1 作用于颗粒的流体阻力与阻力系数确定 |
| 4.2.2 考虑非球形颗粒因素的发动机喷管两相流控制模型 |
| 4.3 氧反应纳米铁基金属燃料发动机实验系统搭建 |
| 4.4 考虑非球形颗粒的纳米铁基金属燃料发动机喷管两相流数值模拟 |
| 4.4.1 颗粒尺寸对金属燃料发动机喷管两相流损失的影响 |
| 4.4.2 颗粒形貌对发动机喷管两相流损失的影响 |
| 4.5 纳米铁基金属燃料发动机实验 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 椭球形颗粒对纳米铝基金属燃料推进剂燃烧稳定性影响研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 问题的描述 |
| 5.3 椭球形颗粒燃烧数学模型 |
| 5.4 椭球形颗粒燃烧特性数值模拟仿真分析 |
| 5.4.1 推进剂爆燃现象分析 |
| 5.4.2 颗粒燃烧特性数值模拟 |
| 5.5 金属燃料推进剂实验 |
| 5.5.1 金属燃料推进剂制备实验 |
| 5.5.2 金属燃料推进剂点火燃烧实验 |
| 5.5.3 金属燃料推进剂燃速测试结果分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（9）超声速燃烧室壁面燃料射流燃烧特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 超燃冲压发动机超声速燃烧研究现状 |
| 1.2.2 超声速燃烧室壁面燃料射流燃烧特性研究 |
| 1.3 研究现状总结 |
| 1.4 本文主要工作 |
| 第2章 再生冷却超声速燃烧室壁面碳氢燃料射流流动燃烧模型的建立 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 物理模型及控制方程 |
| 2.2.1 物理模型 |
| 2.2.2 控制方程 |
| 2.3 数值模型及数值求解方法 |
| 2.3.1 湍流模型的选择 |
| 2.3.2 湍流与化学反应相互作用模型的选择 |
| 2.3.3 化学反应机理的选择 |
| 2.3.4 模型验证 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 超声速燃烧室壁面碳氢燃料射流的掺混特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 参数定义 |
| 3.3 基本流场结构 |
| 3.3.1 计算模型 |
| 3.3.2 数值模拟方法 |
| 3.3.3 边界条件 |
| 3.3.4 数值计算结果与分析 |
| 3.4 射流参数对流场掺混的影响 |
| 3.4.1 射流速度对流场掺混的影响 |
| 3.4.2 射流孔径高度对流场掺混的影响 |
| 3.5 主流参数对流场掺混的影响 |
| 3.6 小结 |
| 第4章 超声速燃烧室壁面碳氢燃料射流燃烧的火焰特性及其影响因素分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数值模拟条件 |
| 4.2.1 物理模型及网格 |
| 4.2.2 数值模拟方法及边界条件 |
| 4.3 数值计算结果分析 |
| 4.3.1 射流参数对掺混燃烧特性的影响 |
| 4.3.2 主流温度对掺混燃烧特性的影响 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 激波对壁面燃料射流掺混燃烧特性的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数值模拟条件 |
| 5.2.1 物理模型及网格 |
| 5.2.2 数值模拟方法及边界条件 |
| 5.3 数值计算结果分析 |
| 5.3.1 激波的存在对掺混燃烧的影响 |
| 5.3.2 激波位置改变对掺混燃烧的影响 |
| 5.3.3 激波强度改变对掺混燃烧的影响 |
| 5.4 小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（10）基于铝水反应的混合动力系统流场仿真与性能分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 相关领域研究现状 |
| 1.2.1 热动力鱼雷燃料研究概况 |
| 1.2.2 铝粉颗粒燃烧过程研究进展 |
| 1.2.3 叶轮机械气固两相流研究进展 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 动力系统数值计算方法 |
| 2.1 基本控制方程 |
| 2.2 湍流模型 |
| 2.3 颗粒运动模型 |
| 2.4 液滴蒸发模型 |
| 2.5 铝水反应模型 |
| 2.6 滑移网格理论 |
| 2.7 数值计算模型验证与分析 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 铝水反应热力计算与数值模拟 |
| 3.1 铝水反应热力学计算 |
| 3.1.1 计算假定化学式 |
| 3.1.2 平衡组分计算与绝热燃烧温度的确定 |
| 3.1.3 不同水燃比下的燃烧室温度分布 |
| 3.2 燃烧室几何构型与计算边界条件 |
| 3.3 燃烧室内二次进水位置优化设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 涡轮机气动特性研究 |
| 4.1 涡轮机一维气动热力计算 |
| 4.2 涡轮机设计工况下数值仿真分析 |
| 4.3 不同总压下的涡轮机气动特性 |
| 4.4 不同背压下的涡轮机气动特性 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 三维整体混合动力系统数值仿真 |
| 5.1 计算前处理 |
| 5.1.1 几何模型 |
| 5.1.2 边界条件与计算假设 |
| 5.1.3 网格无关性验证 |
| 5.2 燃烧室计算结果分析 |
| 5.2.1 燃烧室内流场计算结果 |
| 5.2.2 雾化水滴蒸发特性分析 |
| 5.2.3 铝粉颗粒燃烧特性分析 |
| 5.3 喷管组内流场特性分析 |
| 5.4 涡轮转子域流动特性分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
四、超音燃烧冲压发动机（论文参考文献）
- [1]可压缩气固两相湍流边界层/射流的直接数值模拟研究[D]. 肖威. 浙江大学, 2021
- [2]涡轮基组合循环动力关键技术进展[J]. 陈敏,贾梓豪. 科技导报, 2020(12)
- [3]超燃冲压发动机射流破碎雾化特性研究[D]. 叶泽. 江苏大学, 2020(02)
- [4]燃气轮机旋转爆轰燃烧技术及循环特性研究[D]. 祁磊. 哈尔滨工程大学, 2020(04)
- [5]湍流火焰逆梯度输运分布规律与不稳定性机理研究[D]. 虞达礼. 上海交通大学, 2020(01)
- [6]铝镁贫氧推进剂燃烧特性对冲压发动机工作性能影响研究[D]. 朱敏. 南京理工大学, 2020(01)
- [7]超声速气流中横向喷雾的混合及燃烧过程数值模拟[D]. 李佩波. 国防科技大学, 2019(01)
- [8]纳米金属燃料发动机稳态燃烧及喷管两相流特性研究[D]. 王金云. 哈尔滨工程大学, 2019
- [9]超声速燃烧室壁面燃料射流燃烧特性研究[D]. 李幸泰. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [10]基于铝水反应的混合动力系统流场仿真与性能分析[D]. 刘明远. 哈尔滨工程大学, 2019(03)