支板增強混合超聲速燃燒的大渦模擬研究

黃志偉，何國強，秦 飛，魏祥庚

(西北工業大學 燃燒、熱結構與內流場重點實驗室，西安 710072)

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支板增強混合超聲速燃燒的大渦模擬研究

黃志偉，何國強，秦 飛，魏祥庚

(西北工業大學 燃燒、熱結構與內流場重點實驗室，西安 710072)

基于開放源代碼軟件OpenFOAM，建立了三維可壓縮反應流動大渦模擬求解器，采用了PaSR亞格子燃燒模型和27步的氫氣-空氣反應動力學機理，開展了支板增強混合的超聲速燃燒大渦模擬研究，對比了滑移和粘性2種不同壁面邊界條件的影響。計算結果表明，不同截面上的平均軸向速度和溫度與實驗數據吻合良好，較好捕捉了超聲速擴散燃燒的火焰空間發展過程。詳細討論了剪切層增長、發展和破碎對燃燒過程的影響，揭示了支板后旋渦脫落與燃燒過程的耦合作用，區分了支板下游亞聲速區和超聲速區內不同的摻混模式。利用化學爆炸模式分析方法，獲取了爆炸化學過程及其特征時間尺度，得到了詳細的火焰結構及其穩定機制。

超聲速燃燒；化學爆炸模式分析；大渦模擬；PaSR燃燒模型；OpenFOAM

0 引言

雙模態超燃沖壓發動機和組合循環發動機是天地往返輸運系統和臨近空間飛行器的潛在高效動力系統。這類吸氣式發動機工作過程中涉及諸多基礎性科學問題。例如，高超聲速和高溫氣體動力學，超聲速條件下的點火與火焰穩定，復合防熱材料與主動熱防護，激波/附面層相互作用和吸熱型碳氫燃料技術等[1]。在這些前沿技術挑戰中，最基本的問題之一是燃燒室內超聲速流動條件下的湍流混合與高效燃燒。……