橫向擾動對超聲速混合層被動標量混合影響分析*

馮軍紅，沈赤兵

(1.國防科技大學 航天科學與工程學院， 湖南 長沙　410073；2.高超聲速沖壓發動機技術重點實驗室， 湖南 長沙　410073)

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橫向擾動對超聲速混合層被動標量混合影響分析*

馮軍紅1,2，沈赤兵1,2

(1.國防科技大學 航天科學與工程學院， 湖南 長沙410073；2.高超聲速沖壓發動機技術重點實驗室， 湖南 長沙410073)

摘要：采用大渦模擬數值計算二維空間發展的超聲速混合層，重點分析橫向擾動對混合層的標量結構、標量厚度以及標量體積卷吸率的影響。采用理論模型驗證了數值方法在計算標量混合特性方面的準確性。結果表明，橫向擾動頻率和振幅明顯影響著混合層的標量增長率和卷吸率。高頻擾動增大了混合層近場標量增長率和卷吸率，但是低頻擾動改善了混合層遠場標量增長率。大尺度渦卷吸過程對混合層標量卷吸率起決定作用。多頻擾動有效地增強了超聲速混合層的標量混合。

關鍵詞：橫向擾動；超聲速混合層；被動標量；動量比；卷吸率

隨著超燃沖壓發動機技術及組合循環發動機技術的發展，超聲速混合層再次受到研究者的密切關注[1-4]。 在發動機燃燒室內，高速空氣與富燃燃氣或燃料高速摻混與燃燒，同時確保總壓沿程損失最小。但是，超聲速空氣在有限尺寸的燃燒室內的駐留時間是毫秒級的，且燃料與空氣的混合效率隨著壓縮性的增長而顯著下降。如何在非常短的時間內達到空氣與燃料的充分混合以提高燃燒效率是急需解決的一個難題。……