翟小飞, 白菡尘, 李 春

(中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室, 四川绵阳 621000)

引 言

当前, 飞行Mach数4～7范围的超燃冲压发动机技术正在深入发展并逐步走向工程化应用. 为了进一步提高发动机性能, 更加深入地对液体碳氢燃料(主要是航空煤油)的超声速雾化过程、 蒸发过程、 燃料/空气混合过程、 点火过程及燃烧过程进行研究并获得规律性的结论, 具有重要的意义. 由于气流在超燃冲压发动机燃烧室中的驻留时间很短(仅为毫秒量级), 因此, 如何实现液体燃料的快速雾化和蒸发对提高发动机性能至关重要, 为此, 国内外学者对超声速气流中液体横向射流的雾化过程开展了大量研究工作[1-4].

Lin等[5-7]对超声速气流中液体射流的雾化开展了较为系统的实验研究, 研究了喷嘴尺寸、 气液动量比、 液体物性、 喷射角度等因素对射流雾化过程的影响, 并采用阴影法和相位Doppler粒子分析仪(phase Doppler particle analyzer, PDPA)测量了液体射流穿透深度, 总结出了穿透深度的经验表达式. 岳连捷等[8]基于Euler-Lagrange体系, 采用RANS方法, 对超声速气流中液体射流的液雾结构及液滴破碎过程进行了仿真计算, 得到了与实验结果吻合较好的射流穿透深度, 此外, 研究揭示了液体射流与气流之间的强烈相互作用: 液滴在进入气流中不久就破碎成很小的子液滴, 受煤油液雾的影响, 气流速度、 温度急剧下降. 李佩波等[9]对来流Mach数为1.94的超声速气流中液体横向射流的气液相互作用过……