喷管对气液两相脉冲爆轰发动机非定常流场特性影响的研究

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1、万方数据博士学位论文喷管对气液两相脉冲爆轰发动机非定常流场特性影响的研究作者：王研艳指导教师：翁春生教授南京理工大学2014年10月万方数据Ph．D．DissertationEffectsofNozzlesontheUnteadyFlowofGas／LiquidTwo-PhasePulseDetonationEnginesSupervisedbyProj．WengChunshengNanjingUniversityofScience&Technology2014万方数据声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢

2、的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：年月日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：年月日万方数据声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他

3、人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：夏瘟弛魔。形年弓月z日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：曲堪年j目2Et万方数据博士论文喷管对气液两相脉冲爆轰发动机非定常流场特性影响的研究摘要脉冲爆轰发动机(PulseDe．natro

4、nEngine，简称PDE)是一种利用脉冲式爆轰波产生周期性冲量的新概念推进系统，该系统具有燃烧效率高、结构简单、推重比高、工作范围广等优点。喷管作为提高发动机推进性能的一种手段，被广泛用于定常工作的发动机。然而，由于脉冲爆轰发动机工作过程中存在复杂波系以及其非定常工作特性，基于定常工作模式的发动机喷管的设计理论和概念不再完全适用。因此，研究脉冲爆轰发动机喷管的工作特性及其推力增益，对促进脉冲爆轰发动机工程应用具有重要意义。论文针对汽油／空气火箭式脉冲爆轰发动机(PluseDetonationRocketEngine，简称PDRE)的喷管开展数值与实验研究，研

5、究工作主要内容为：(1)建立了带锥形扩张喷管汽油／空气PDRE内外流场计算模型，构建了适合于锥形边界的带源项结构化三角形网格CE／SE方法，并运用该方法数值研究了喷管内不同填充工况对汽油／空气PDRE内外流场和推进性能的影响。研究结果表明：结构化三角形网格CE／SE方法可以高效捕捉直管和扩张管中的爆轰波等强间断和内外流场细节。喷管内燃料填充率对PDRE的排气时间影响不大。当扩张喷管内燃料填充率小于某临界值时，填充率越大填充位置后的激波压力峰值随位置的增加下降速度越快；当喷管内填充率大于等于临界值时，前导激波传至喷管出口时压力峰值相差很大，此填充工况下燃料对发动

6、机推进性能起主导作用，发动机冲量随填充率增加而增大，且在满填充工况下达到最大。(2)在Chang提出的CE／SE方法思想的基础上，构建了适合于汽油／空气脉冲爆轰发动机两相流场的带源项非结构三角形网格CE／SE方法，应用该方法数值研究了多种结构喷管对汽油／空气PDRE爆轰和排气流场和该阶段发动机推进性能的影响。研究结果表明：带源项非结构三角形网格CE／SE方法可以清晰刻画复杂管中的爆轰波、激波等细节，以及膨胀波、涡系结构等内外流场细节。爆轰波传过塞式收敛扩张喷管喉部后，拐点处出现低压高速环区。扩张喷管和拉伐尔喷管排气后期管口和喷管内出现激波等过膨胀现象。直喷管、

7、扩张喷管、收敛喷管、拉伐尔喷管和塞式收敛扩张喷管中，含收敛段的喷管排气时间增长。当环境压力为0．1MPa、填充率为1时，在爆轰和排气进程中除扩张喷管外其它喷管均增加了发动机冲量。(3)建立了带喷管汽油／空气两相PDRE多循环内外流场计算模型，研究了多循环模式下扩张喷管、收敛喷管、拉伐尔喷管以及塞式收敛扩张喷管的流动机理和增推机理。研究结果表明：在多循环模式下，PDRE外流场中前导激波以葫芦型向下游发展传播。除塞式收敛扩张喷管外，其它喷管至填充完成时管内和管口附近燃料液滴容易集中在中心轴附近，喷管内燃料所能到达的径向分布不易超过喷管入口或者喉部直径相当的径向万方

8、数据摘要博士论文平面；塞式收敛扩张喷管