壓力振蕩環(huán)境下液滴蒸發(fā)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性研究

尹 婷，吳高楊，聶萬勝

（裝備學(xué)院，北京101416）

0 引言

在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)及穩(wěn)態(tài)工作過程中，時(shí)常伴隨有不穩(wěn)定燃燒現(xiàn)象發(fā)生，表現(xiàn)為燃燒室內(nèi)壓力的周期性振蕩[1]。不穩(wěn)定燃燒不僅影響推進(jìn)劑燃燒過程，而且激發(fā)機(jī)理復(fù)雜，燃燒過程中的霧化、蒸發(fā)、燃燒各子環(huán)節(jié)與燃燒室聲學(xué)結(jié)構(gòu)的耦合都會(huì)引起不穩(wěn)定燃燒[2]。因而，研究不穩(wěn)定燃燒問題具有極大挑戰(zhàn)性，探索液滴蒸發(fā)燃燒過程對(duì)壓力振蕩的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及其規(guī)律，是揭示不穩(wěn)定燃燒激勵(lì)機(jī)理、解決液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定燃燒問題的前提。有研究指出，液滴蒸發(fā)過程對(duì)壓力振蕩的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性極有可能是導(dǎo)致不穩(wěn)定燃燒的重要原因[3]。因此，解決不穩(wěn)定燃燒問題、探索其激發(fā)機(jī)理，首先要從蒸發(fā)過程開始研究。

國(guó)外率先開展了壓力振蕩環(huán)境下液滴蒸發(fā)特性規(guī)律的研究，在理論分析與數(shù)值仿真方面[4-6]，主要考查了壓力振蕩引發(fā)的液滴蒸發(fā)速率，液滴表面溫度和物性參數(shù)的變化；而在實(shí)驗(yàn)研究方面[7-9]，主要采用揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)的相互配合在密閉聲波導(dǎo)管內(nèi)形成微小的聲波振蕩，從而研究振蕩環(huán)境下液滴蒸發(fā)過程，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)要求較高。相較于國(guó)外數(shù)十年的研究，國(guó)內(nèi)對(duì)壓力振蕩環(huán)境下液滴蒸發(fā)特性的研究則顯得相對(duì)落后。尤其在實(shí)驗(yàn)研究方面，由于技術(shù)水平和實(shí)驗(yàn)條件的限制，相關(guān)研究還處于起步階段。

本文針對(duì)偏二甲肼液滴，設(shè)計(jì)了壓力振蕩環(huán)境實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開展了不同振蕩環(huán)境下液滴蒸發(fā)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性研究，建立了壓力振蕩環(huán)境液滴非穩(wěn)態(tài)蒸發(fā)模型，考察了振蕩頻率、幅值、燃燒室壓力及溫度等因素對(duì)液滴蒸發(fā)特性的影響規(guī)律。……