兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (8): 2837-2850.doi: 10.12382/bgxb.2023.0491
收稿日期:
2023-05-23
上线日期:
2023-08-08
通讯作者:
基金资助:
HAN Jiaxiang, BAI Qiaodong*(), QIU Han, ZHENG Quan, WENG Chunsheng
Received:
2023-05-23
Online:
2023-08-08
摘要:
在固定来流条件下,改变旋转爆轰燃烧室宽度和出口阻塞比,实验研究上述结构对煤油预燃裂解气与空气旋转爆轰传播特性的影响。实验结果表明:适宜的燃烧室宽度和出口宽度能够促进旋转爆轰波 (Rotating Detonation Wave,RDW)的稳定自持传播,当燃烧室宽度为20mm和 26mm,燃烧室出口宽度为4~8mm时,煤油预燃裂解气和空气能够成功起爆并能稳定传播,增加燃烧室的宽度, RDW传播速度和稳定性均有提升;随着出口阻塞比增加,RDW传播模态经历了稳定单波模态、间断单波模态和双波同向模态,阻塞比的增加能提升燃烧室末端反射激波的强度,促进多波头的产生,RDW传播速度和压力随着阻塞比的增加,经历了升高后降低的变化。
中图分类号:
韩家祥, 白桥栋, 邱晗, 郑权, 翁春生. 燃烧室结构对煤油预燃裂解气旋转爆轰特性的影响[J]. 兵工学报, 2024, 45(8): 2837-2850.
HAN Jiaxiang, BAI Qiaodong, QIU Han, ZHENG Quan, WENG Chunsheng. Influence of Combustor Configuration on Rotating Detonation Characteristics of Kerosene Pre-combustion Cracking Gas[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(8): 2837-2850.
工 况 | 燃烧室宽 度/mm | 出口宽 度/mm | 阻塞 比 | 传播主频/ Hz | 波速/ (m·s-1) | 传播模态 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 8 | 8 | 0 | 失败 | ||
2 | 14 | 8 | 0.39 | 失败 | ||
3 | 14 | 14 | 0 | 失败 | ||
4 | 20 | 4 | 0.76 | 5791±44 | 1000.6±15.2 | TCORDW |
5 | 20 | 6 | 0.65 | 3095±36 | 1069.6±12.4 | ISRDW |
6 | 20 | 8 | 0.55 | 3090±50 | 1067.8±17.3 | SRDW |
7 | 20 | 14 | 0.25 | 失败 | ||
8 | 20 | 20 | 0 | 失败 | ||
9 | 26 | 4 | 0.81 | 6363±17 | 1099.5±5.9 | TCORDW |
10 | 26 | 6 | 0.71 | 3421±42 | 1182.2±14.5 | ISRDW |
11 | 26 | 8 | 0.63 | 3358±40 | 1160.4±13.8 | SRDW |
12 | 26 | 14 | 0.38 | 失败 | ||
13 | 26 | 20 | 0.18 | 失败 | ||
14 | 26 | 26 | 0 | 失败 |
表1 不同燃烧室结构下的实验结果
Table 1 Experimental results under different combustor configurations
工 况 | 燃烧室宽 度/mm | 出口宽 度/mm | 阻塞 比 | 传播主频/ Hz | 波速/ (m·s-1) | 传播模态 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 8 | 8 | 0 | 失败 | ||
2 | 14 | 8 | 0.39 | 失败 | ||
3 | 14 | 14 | 0 | 失败 | ||
4 | 20 | 4 | 0.76 | 5791±44 | 1000.6±15.2 | TCORDW |
5 | 20 | 6 | 0.65 | 3095±36 | 1069.6±12.4 | ISRDW |
6 | 20 | 8 | 0.55 | 3090±50 | 1067.8±17.3 | SRDW |
7 | 20 | 14 | 0.25 | 失败 | ||
8 | 20 | 20 | 0 | 失败 | ||
9 | 26 | 4 | 0.81 | 6363±17 | 1099.5±5.9 | TCORDW |
10 | 26 | 6 | 0.71 | 3421±42 | 1182.2±14.5 | ISRDW |
11 | 26 | 8 | 0.63 | 3358±40 | 1160.4±13.8 | SRDW |
12 | 26 | 14 | 0.38 | 失败 | ||
13 | 26 | 20 | 0.18 | 失败 | ||
14 | 26 | 26 | 0 | 失败 |
主要组分 | CH4 | C2H6 | H2 | C |
---|---|---|---|---|
质量分数 | 0.45207 | 0.00004 | 0.0117 | 0.47763 |
表2 煤油预燃裂解气组分
Table 2 Kerosene pre-combustion cracking gas component
主要组分 | CH4 | C2H6 | H2 | C |
---|---|---|---|---|
质量分数 | 0.45207 | 0.00004 | 0.0117 | 0.47763 |
燃烧室出口 宽度/mm | 燃烧室宽度/ mm | 平均压力/ MPa | 变异系数 |
---|---|---|---|
4 | 20 | 0.17±0.05 | 0.30 |
26 | 0.30±0.06 | 0.19 | |
6 | 20 | 0.65±0.16 | 0.25 |
26 | 0.56±0.10 | 0.19 | |
8 | 20 | 0.5±0.11 | 0.22 |
26 | 0.38±0.06 | 0.17 |
表3 RDW平均压力及稳定性
Table 3 RDW propagation pressure and stability
燃烧室出口 宽度/mm | 燃烧室宽度/ mm | 平均压力/ MPa | 变异系数 |
---|---|---|---|
4 | 20 | 0.17±0.05 | 0.30 |
26 | 0.30±0.06 | 0.19 | |
6 | 20 | 0.65±0.16 | 0.25 |
26 | 0.56±0.10 | 0.19 | |
8 | 20 | 0.5±0.11 | 0.22 |
26 | 0.38±0.06 | 0.17 |
[1] |
|
[2] |
魏万里, 郑权, 鲁江涛, 等. 中心锥对液态燃料旋转爆轰发动机工作过程与性能影响的实验研究[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1185-1194.
|
|
|
[3] |
|
[4] |
夏镇娟, 马虎, 葛高杨, 等. 当量比对圆盘结构下旋转爆震波传播的影响[J]. 气体物理, 2020, 5(1):24-33.
|
|
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
王宇辉, 王超, 郑榆山, 等. 基于乙烯或氢气的吸气式旋转爆轰发动机实验[J]. 气体物理, 2018, 3(6):16-25.
|
|
|
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
|
[11] |
吴明亮, 郑权, 续晗, 等. 氢气占比对氢气-煤油-空气旋转爆轰波传播特性的影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(1):86-97.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2022.01.010 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2022.01.010 |
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
李宝星, 王中, 许桂阳, 等. 煤油燃料旋转爆轰波起爆与传播特性实验研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(7):1339-1346.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.07.011 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.07.011 |
|
[15] |
贾冰岳, 张义宁, 潘虎, 等. 液态碳氢燃料旋转爆震发动机起爆过程试验研究[J]. 推进技术, 2021, 42(4):906-914.
|
|
|
[16] |
|
[17] |
doi: 10.1016/j.dt.2020.09.015 |
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
|
[26] |
|
[27] |
|
[28] |
胡洪波, 严宇, 张锋, 等. 煤油富燃燃气旋转爆震燃烧实验研究[J]. 推进技术, 2020, 41(4):881-888.
|
|
|
[29] |
doi: 10.1016/j.dt.2022.04.004 |
[30] |
王顺利, 吴云, 金迪, 等. 不同当量比下喷管对旋转爆震特性的影响研究[J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(10):18-28.
|
|
|
[31] |
王丹, 周晨初, 陈宏玉, 等. 部分裂解煤油的旋转爆震发动机数值模拟[J]. 火箭推进, 2020, 46(6):52-59.
|
|
|
[32] |
|
[33] |
赵明皓, 王可, 王致程, 等. 燃烧室构型对旋转爆震波传播特性的影响[J]. 航空学报, 2022, 43(5): 125372.
|
|
|
[34] |
王致程, 严宇, 王可, 等. 燃烧室宽度对煤油旋转爆震波传播模态的影响[J]. 推进技术, 2021, 42(4):842-850.
|
|
|
[35] |
贾冰岳, 张义宁, 孟皓, 等. 圆环形燃烧室两相混气旋转爆震波传播过程实验研究[J]. 推进技术, 2024, 45(2): 97-104.
|
|
|
[36] |
郑权, 李宝星, 翁春生, 等. 燃烧室长度对液态燃料旋转爆轰发动机性能影响实验研究[J]. 推进技术, 2018, 39(12):2764-2771.
|
|
|
[37] |
李宝星, 许桂阳, 舒慧明, 等. 燃烧室轴向和周向长度对气液两相旋转爆轰特性的影响[J]. 航空动力学报, 2020, 35(8):1601-1611.
|
|
|
[38] |
|
[39] |
|
[40] |
徐雪阳, 武晓松, 卓长飞, 等. 旋转爆轰发动机燃烧室掺混特性数值研究[J]. 弹道学报, 2015(3):66-75.
|
|
|
[41] |
陈昊, 白桥栋, 翁春生. 旋转爆轰燃烧室内煤油裂解气冷流掺混特性研究[J]. 弹道学报, 2023, 35(2):9-19.
|
|
|
[42] |
|
[43] |
|
[44] |
|
[1] | 张锋, 罗永晨, 肖博文, 倪晓冬, 郑权, 翁春生, 续晗. 不同物理性质无烟煤粉在乙烯/氧气氛围下爆轰波传播特性实验研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(5): 1663-1672. |
[2] | 李世全, 祝文超, 孙方平, 王宇辉, 王健平. 颗粒注射速度对铝粉/空气两相旋转爆轰波的影响[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1148-1157. |
[3] | 罗永晨, 续晗, 张锋, 郑权, 翁春生. 乙烯对煤粉-氧气爆轰波起爆特性影响机制的实验研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(3): 754-762. |
[4] | 雷特, 武郁文, 徐高, 邱彦铭, 康朝辉, 翁春生. 基于大涡模拟方法的三维旋转爆轰流场结构研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 85-96. |
[5] | 冯文康,郑权,汪小卫,董晓琳,翁春生,肖强,孟豪龙. 当量比对煤油-空气两相旋转爆轰波的影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1304-1315. |
[6] | 续晗, 罗永晨, 倪晓冬, 肖博文, 张锋, 苏晓杰, 郑权, 翁春生. 铝粉燃料连续旋转爆轰发动机工作特性[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 1046-1053. |
[7] | 孟豪龙, 翁春生, 武郁文, 郑权, 肖强, 王放, 白桥栋. 环形燃烧室中凹腔对C2H4/Air旋转爆轰流场影响的数值模拟[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 1063-1074. |
[8] | 吴明亮, 郑权, 续晗, 翁春生, 白桥栋. 氢气占比对氢气-煤油-空气旋转爆轰波传播特性的影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(1): 86-97. |
[9] | 魏万里, 郑权, 鲁江涛, 翁春生, 武郁文. 中心锥对液态燃料旋转爆轰发动机工作过程与性能的影响[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1185-1194. |
[10] | 李宝星, 王中, 许桂阳, 翁春生, 赵凤起. 煤油燃料旋转爆轰波起爆与传播特性实验研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(7): 1339-1346. |
[11] | 王放, 翁春生, 武郁文, 白桥栋, 郑权. 气体与液体两相连续旋转爆轰波二维数值模拟研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(4): 681-691. |
[12] | 魏万里, 翁春生, 武郁文, 郑权, 李宝星. 氧化剂喷注面积对连续旋转爆轰波传播特性影响的实验研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(12): 2345-2353. |
[13] | 李宝星, 翁春生. 气体与液体两相连续旋转爆轰发动机爆轰波传播特性三维数值模拟研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(7): 1358-1367. |
[14] | 郑权, 李宝星, 翁春生, 白桥栋. 双波对撞模态下的液态燃料旋转爆轰发动机推力测试研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(4): 679-689. |
[15] | 潘振华, 范宝春, 张旭东, 归明月. 连续旋转爆轰三维流场的数值模拟[J]. 兵工学报, 2012, 33(5): 594-599. |
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