超聲速氣流中液體橫向射流霧化過程數值模擬

翟小飛, 白菡塵, 李 春

(中國空氣動力研究與發展中心高超聲速沖壓發動機技術重點實驗室, 四川綿陽 621000)

引 言

當前, 飛行Mach數4～7范圍的超燃沖壓發動機技術正在深入發展并逐步走向工程化應用. 為了進一步提高發動機性能, 更加深入地對液體碳氫燃料(主要是航空煤油)的超聲速霧化過程、 蒸發過程、 燃料/空氣混合過程、 點火過程及燃燒過程進行研究并獲得規律性的結論, 具有重要的意義. 由于氣流在超燃沖壓發動機燃燒室中的駐留時間很短(僅為毫秒量級), 因此, 如何實現液體燃料的快速霧化和蒸發對提高發動機性能至關重要, 為此, 國內外學者對超聲速氣流中液體橫向射流的霧化過程開展了大量研究工作[1-4].

Lin等[5-7]對超聲速氣流中液體射流的霧化開展了較為系統的實驗研究, 研究了噴嘴尺寸、 氣液動量比、 液體物性、 噴射角度等因素對射流霧化過程的影響, 并采用陰影法和相位Doppler粒子分析儀(phase Doppler particle analyzer, PDPA)測量了液體射流穿透深度, 總結出了穿透深度的經驗表達式. 岳連捷等[8]基于Euler-Lagrange體系, 采用RANS方法, 對超聲速氣流中液體射流的液霧結構及液滴破碎過程進行了仿真計算, 得到了與實驗結果吻合較好的射流穿透深度, 此外, 研究揭示了液體射流與氣流之間的強烈相互作用: 液滴在進入氣流中不久就破碎成很小的子液滴, 受煤油液霧的影響, 氣流速度、 溫度急劇下降. 李佩波等[9]對來流Mach數為1.94的超聲速氣流中液體橫向射流的氣液相互作用過……