駐渦火焰穩定器式粉末燃料沖壓發動機兩相流數值模擬①

孔龍飛，夏智勛，胡建新，王德全

(國防科技大學高超聲速沖壓發動機技術重點實驗室，長沙 410073)

0 引言

粉末燃料沖壓發動機以高能量金屬或非金屬粉末為燃料，兼具有液體燃料沖壓發動機燃燒效率高、能量高及燃料流量調節容易實現和固體火箭沖壓發動機結構簡單、可靠性高、維護使用方便、適合機載發射等優點，在航空航天領域有著廣泛的應用前景。美國NASA、法國ONERA都先后對該種發動機開展了相關技術研究［1－4］。國防科技大學在此方向也開展了深入研究［5－6］。申慧君［6］的研究結果表明，大粒徑燃料必須通過鈍體火焰穩定器的穩燃作用，才能實現燃燒，但這會帶來燃燒沉積、壓力損失以及燃燒效率下降等問題。駐渦火焰穩定器最早由美國Hus［7］教授提出，這種火焰穩定器應用于航空發動機燃燒室內，簡化了燃燒室結構，且提高了其可靠性，使火焰具有很低的吹熄極限，提高了燃燒室的燃燒穩定性，且壓力損失較小。何小民［8］研究表明，在給定來流馬赫數的情況下，駐渦火焰穩定器前后鈍體圓盤的直徑比和兩盤之間的相對距離存在最佳組合，使得前后鈍體間的凹腔中產生駐渦的性質(渦心和渦區的位置)，滿足燃料和摻混空氣引入的要求，且氣流總壓損失為最小。目前，駐渦火焰穩定器應用于粉末燃料沖壓發動機中的相關報道很少。

本文在文獻［6］基礎上，改進了發動機結構，采用顆粒軌道模型，對改進前后發動機燃燒室流場進行了三維數值模擬，研究了駐渦火焰穩定器對發動機性能的影響，為進一步的發動機實驗研究提供參考。……