氣氫∕液氧同軸噴注單元細節(jié)對燃燒特性的影響

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1、第39卷第5期火箭推進V01．39．No．52013年10月JOURNALOFROCKETPROPULSIONOct．2013氣氫／液氧同軸噴注單元細節(jié)對燃燒特性的影響丁兆波，陶瑞峰，許曉勇(北京航天動力研究所，北京100076)摘要：為了研究氣氫，液氧同軸直流式噴嘴的結構參數(shù)細節(jié)對燃燒特性的影響，對單噴嘴燃燒室的燃燒流場進行了數(shù)值模擬。重點研究了氧噴嘴縮進深度、氧噴嘴出lz／壁厚和氫氧噴注速度比3個參數(shù)對燃燒效率和穩(wěn)定性的影響規(guī)律。研究表明：上述噴嘴結構參數(shù)細節(jié)是影響氣氫，液氧同軸直流式噴嘴燃燒特性的重要因素，其中適當提高氧噴嘴縮進深度或氫氧噴注速度比對燃燒效率有顯著改善，而適當提高氧噴嘴

2、出口壁厚對燃燒穩(wěn)定性有顯著改善。關鍵詞：氣氫／液氧；同軸直流式噴嘴；燃燒特性；燃燒流場；數(shù)值模擬中圖分類號：V434+．13—34文獻標識碼：A文章編號：1672—9374(2013)05—0031—04EffectofstructureparametersofGH2／LOXshearcoaxialinjectoroncombustioncharacteristicsDINGZhao-bo，TAORui-feng，XUXiao—yong(BeijingAerospacePropulsionInstitute，Beijing100076，China)Abstract：Tostudytheinf

3、luenceofGH2／LOXshearcoaxialinjectorstructureparametersoncorn—bustionefficiencyandstability，numericalsimulationofcombustionflowfieldofthesingle—injectorcombustorwascarriedout．TheinfluenceofindentationdepthofLOXinjector，thicknessatoutletofLOXinjectorandgas--to-·liquidvelocityratioonthecombustorcharac

4、teristicsandstabilitywasmain--lystudied．Theresultsindicatethattheaboveparametersaretheimportantfactorstoaffectthecom—bustorcharacteristicsofGHdLOXshearcoaxialinjector．ThecombustionefficiencyincreaseswiththeproperincreaseofinjectivevelocityratioandindentationdepthofLOXinjector．Thecombustionstability

5、increaseswithproperincreaseofthicknessatoutletofLOXinjector．Keywords：GHz／LOX；shearcoaxialinjector；combustioncharacteristic；combustionflowfield；numericalsimulation收稿日期：2013—04—24；修回日期：2013—08—30基金項目：國家863項目(2007AA705302)作者簡介：丁兆波(1980一)，男，工程師，在讀博士生，研究領域為液體火箭發(fā)動機燃燒裝置的設計和數(shù)值研究32火箭推進2013年10月O引言大推力氫氧發(fā)動機推力室

6、噴注器普遍采用同軸直流式噴嘴。同軸直流式噴嘴結構簡單、尺寸小且有較好的燃燒穩(wěn)定性，燃燒效率與同軸離心式接近。大量試驗研究工作指出同軸式噴嘴的主要結構參數(shù)，如：氧噴嘴縮進深度、氧噴嘴出口壁厚和噴注速度比等是決定噴嘴性能的重要因素㈣。結構參數(shù)的細微差別就可能引起燃燒性能的顯著變化。因此必須深入研究上述因素對燃燒性能的重要影響，以保證在任何工況下噴注器都能夠高效、穩(wěn)定的組織燃燒。本文基于商業(yè)CFD軟件，針對氧噴嘴縮進深度、氧噴嘴出口壁厚和噴注速度比3個參數(shù)，對氣氫腋氧同軸直流式單噴嘴燃燒室進行了湍流流動與燃燒數(shù)值模擬，初步揭示了這3個參數(shù)對氣氫／液氧燃燒特性的影響規(guī)律。1物理模型所研究的氫氧同軸直

7、流式噴嘴結構如圖1所示。液氧從噴嘴的中心管噴射出，而低溫氣氫從與中心管平行的同心環(huán)縫流出，該伴流氫氣射流對噴嘴中心的液氧射流產(chǎn)生撞擊擾動有利于液氧的破碎、霧化和混合，從而增加了液體的表面積，以此加速燃燒。為了研究不同的結構參數(shù)對噴嘴燃燒特性的影響，設計了如圖1所示的單噴嘴縮尺燃燒室?？s尺燃燒室的工作參數(shù)：燃燒室壓力為7MPa，混合比為6．6，單噴嘴流量為0．42kg／s。縮尺燃燒室依據(jù)與某型全尺寸大推力氫氧發(fā)