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气体与液体两相连续旋转爆轰发动机爆轰波传播特性三维数值模拟研究
Three-dimensional Numerical Simulation on the Propagation Characteristics of Detonation Wave in Gas-liquid Two-phase Continuous Rotating Detonation Engine

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文摘 为了研究气体与液体两相连续旋转爆轰波的传播特性,基于三维守恒元和求解元方法,在圆柱坐标系下采用带化学反应的气体与液体两相爆轰模型,对连续旋转爆轰发动机进行三维数值模拟。通过计算获得了爆轰波起爆及其稳定传播时的流场结构,分析了流场在燃烧室径向方向的变化以及发动机的推力性能,揭示了两相爆轰波的传播特性。研究结果表明:燃烧室内流场结构与文献[4]中的实验研究结果定性一致;由于环形燃烧室外壁面的收敛和内壁面的发散,爆轰强度沿着燃烧室的径向方向逐渐增强,实现了爆轰波的自持旋转传播;以汽油为燃料、富氧空气为氧化剂,在填充总压为0.2MPa、总温为288.15K、燃料液滴半径为25μm的条件下,连续旋转爆轰发动机所获得的平均推力约为880N,爆轰波的传播频率约为4390Hz.
其他语种文摘 A gas-liquid two-phase detonation model with chemical reaction is established in cylindrical coordinates based on the conservation element and solution element method, and the three-dimensional numerical simulation of continuously rotating detonation engine is performed to investigate the propagation characteristics of gas-liquid two-phase continuously rotating detonation wave. The flow field structure and stable propagation of detonation wave at initial formation stage were obtained through the calculation. Meanwhile, the variation of flow field in the radial direction and the thrust performance are analyzed, and the propagation characteristics of two-phase detonation wave are revealed. The simulated results show that the flow field structure in the combustion chamber is consistent with the experimental results in Ref.[4]. Because of the convergence of outer wall and the divergence of inner wall, the detonation strength increases along the radial direction of the combustion chamber. The self-sustaining rotating propagation of detonation wave is realized. When the injection pressure and injection temperature are 0.2MPa and 288.15K, respectively, and the fuel droplet radius is 25μm, the average thrust of the gasoline and oxygen-enriched air continuously rotating detonation engine is about 880N, and the propagation frequency of detonation wave is about 4390Hz.
来源 兵工学报 ,2017,38(7):1358-1367 【核心库】
DOI 10.3969/j.issn.1000-1093.2017.07.014
关键词 兵器科学与技术 ; 气体与液体两相 ; 数值模拟 ; 连续旋转爆轰波 ; 流场结构 ; 推力性能
地址

南京理工大学, 瞬态物理国家重点实验室, 江苏, 南京, 210094

语种 中文
文献类型 研究性论文
ISSN 1000-1093
学科 航空
基金 国家自然科学基金项目 ;  武器装备预研项目
文献收藏号 CSCD:6046811

参考文献 共 20 共1页

1.  Kailasanath K. Review of propulsion applications of detonation waves. AIAA Journal,2000,38(9):1698-1708 CSCD被引 68    
2.  王建平. 连续旋转爆轰发动机的研究进展. 实验流体力学,2015,29(4):12-25 CSCD被引 6    
3.  Bykovskii F A. Continuous spin detonation. Journal of Propulsion and Power,2006,22(6):1204-1216 CSCD被引 104    
4.  Bykovskii F A. Continuous spin detonation of fuel-air mixtures. Combustion, Explosion, and Shock Waves,2006,42(4):463-471 CSCD被引 47    
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6.  Kindracki J. Experimental research on rotating detonation in liquid fuel-gaseous air mixtures. Aerospace Science and Technology,2015,43:445-453 CSCD被引 41    
7.  Davidenko D. Numerical study of the continuous detonation wave rocket engine. 15th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference,2008 CSCD被引 1    
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10.  刘世杰. 连续旋转爆震波传播过程研究(Ⅰ):同向传播模式. 推进技术,2014,35(1):138-144 CSCD被引 21    
11.  刘世杰. 连续旋转爆震波传播过程研究(Ⅱ):双波对撞传播模式. 推进技术,2014,35(2):269-275 CSCD被引 25    
12.  郑权. 当量比对液体燃料旋转爆轰发动机爆轰影响实验研究. 推进技术,2015,36(6):947-952 CSCD被引 31    
13.  Yang C. Experimental research on initiation characteristics of a rotating detonation engine. Experimental Thermal and Fluid Science,2016,71:154-163 CSCD被引 19    
14.  邵业涛. 连续旋转爆轰发动机流场三维数值模拟. 航空动力学报,2010,25(8):1717-1722 CSCD被引 21    
15.  潘振华. 连续旋转爆轰三维流场的数值模拟. 兵工学报,2012,33(5):594-599 CSCD被引 4    
16.  卓长飞. 旋转爆轰发动机工作过程的数值模拟. 推进技术,2014,35(12):1707-1714 CSCD被引 6    
17.  洪滔. 气体—燃料液滴两相系统爆轰的数值模拟. 爆炸与冲击,1999,19(4):335-342 CSCD被引 18    
18.  彭振. 脉冲爆轰发动机中等离子体点火的数值计算. 工程力学,2012,29(5):242-250 CSCD被引 10    
19.  翁春生. 计算内弹道学,2006:290-306 CSCD被引 3    
20.  吕晓静. 基于双光路吸收光谱技术的气液两相爆轰燃气诊断技术研究. 光谱学与光谱分析,2014,34(3):582-586 CSCD被引 5    
引证文献 13

1 王放 气体与液体两相连续旋转爆轰波二维数值模拟研究 兵工学报,2020,41(4):681-691
CSCD被引 1

2 李宝星 煤油燃料旋转爆轰波起爆与传播特性实验研究 兵工学报,2020,41(7):1339-1346
CSCD被引 12

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