一種實(shí)驗(yàn)氣體污染對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種實(shí)驗(yàn)氣體污染對(duì) 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃燒加熱風(fēng)洞已廣泛地運(yùn)用于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)中。對(duì)燃燒加熱器來(lái)說(shuō)， 其產(chǎn)生相當(dāng)含量的H20和C02污染組分及一些微量自由基、NOx產(chǎn)物，改變了試驗(yàn)氣體的熱 物理、化學(xué)等方面的特性，污染組分會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)，尤其是燃燒室部件試驗(yàn)中施加 "額外"的物理、化學(xué)影響，即產(chǎn)生"污染效應(yīng)"。如何確定不同燃燒加熱器風(fēng)洞出口氣流匹 配參數(shù)和如何評(píng)估污染效應(yīng)的影響，是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)研宄領(lǐng)域的重要課題。
[0003] 現(xiàn)有公開(kāi)的技術(shù)文獻(xiàn)"Estimation of Enthalpy Effects in Direct-connect Dual-Mode Combustor" （Journal thermal science and technologly,2011,Vol.6, No. 2:289-296)中研宄了兩種加熱器，即電加熱器和燃燒加熱器，兩種匹配方式，即匹配 總溫、匹配總焓條件下超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的性能。在不同的加熱器條件下，如何確定實(shí) 驗(yàn)設(shè)備匹配準(zhǔn)則，如何評(píng)估不同來(lái)流條件下發(fā)動(dòng)機(jī)性能研宄，未見(jiàn)公開(kāi)文獻(xiàn)發(fā)表。另外"污 染效應(yīng)"對(duì)比試驗(yàn)技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)兩種試驗(yàn)氣體的重要參數(shù)匹配，如試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、?lái) 流參數(shù)、燃油油氣比的匹配，在嚴(yán)格匹配重要參數(shù)、純凈空氣與污染空氣下的發(fā)動(dòng)機(jī)性能評(píng) 估方法研宄未見(jiàn)有報(bào)道。
[0004] 現(xiàn)有研宄的不足主要由以下兩個(gè)方面：（1)對(duì)燃燒加熱器出口氣流匹配參數(shù)方案 尚沒(méi)有統(tǒng)一的模擬準(zhǔn)則；（2)來(lái)自燃燒加熱器的發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)結(jié)果尚未有評(píng)估和修正準(zhǔn) 貝1J。本發(fā)明旨在評(píng)估不同加熱器和不同來(lái)流參數(shù)匹配方案對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，確定評(píng)估 和修正污染空氣來(lái)流條件下超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了評(píng)估不同加熱器和不同來(lái)流參數(shù)匹配方案對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，確定評(píng)估和 修正污染空氣來(lái)流條件下超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)的方法，本發(fā)明提出一種實(shí)驗(yàn)氣體污染 對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的評(píng)估方法，本方法根據(jù)不同參數(shù)匹配準(zhǔn)則確定不同燃燒加熱 器和純凈空氣來(lái)流出口的氣流組分，通過(guò)計(jì)算不同來(lái)流條件下發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)來(lái)評(píng)估不同 來(lái)流條件下發(fā)動(dòng)機(jī)性能并和純凈空氣條件下發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估不同加熱器方案下 和不同匹配準(zhǔn)則下發(fā)動(dòng)機(jī)性能的差別。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：建立發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算模型，確定發(fā)動(dòng)機(jī) 典型工作狀態(tài)點(diǎn)，根據(jù)參數(shù)匹配準(zhǔn)則下不同加熱器條件或同一種燃燒加熱器不同匹配準(zhǔn)則 計(jì)算得到發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)流條件，開(kāi)展純凈空氣來(lái)流和污染空氣來(lái)流下超音速燃燒室和超燃沖壓 發(fā)動(dòng)機(jī)性能對(duì)比計(jì)算。從燃燒加熱方式研宄不同燃燒加熱器產(chǎn)生的污染空氣來(lái)流對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 性能的影響規(guī)律，從地面試驗(yàn)參數(shù)模擬準(zhǔn)則研宄不同來(lái)流參數(shù)匹配模擬方案下污染空氣來(lái) 流對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響規(guī)律，確定模擬參數(shù)，采用污染加熱的方式獲得與純凈空氣來(lái)流時(shí) 更為接近的結(jié)果，為地面試驗(yàn)參數(shù)模擬準(zhǔn)則選取、燃燒加熱方式下發(fā)動(dòng)機(jī)性能評(píng)估提供依 據(jù)。
[0007] -種實(shí)驗(yàn)氣體污染對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的評(píng)估方法，其特征在于包括以下 步驟：
[0008] 步驟1.進(jìn)行純凈空氣來(lái)流超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)流場(chǎng)、性能模擬，作為比較基準(zhǔn)；
[0009] 步驟2.以某一種燃燒加熱器即酒精燃燒加熱、煤油燃燒加熱或氫氧燃燒加熱器 污染空氣為工質(zhì)，相對(duì)于純凈空氣來(lái)流狀態(tài)參數(shù)，針對(duì)不同參數(shù)匹配方案：
[0010] (1)匹配總溫、總壓、馬赫數(shù)、氧氣摩爾百分比方案；
[0011] ⑵匹配靜溫、靜壓、馬赫數(shù)、氧氣摩爾百分比方案；
[0012] (3)匹配總洽、靜壓、馬赫數(shù)、氧氣摩爾百分比方案；
[0013] (4)匹配總溫、靜壓、馬赫數(shù)、氧氣摩爾百分比方案；
[0014] (5)匹配總焓、總壓、馬赫數(shù)、氧氣摩爾百分比方案；
[0015] (6)匹配總焓、動(dòng)壓、馬赫數(shù)、氧氣摩爾百分比方案；
[0016] 開(kāi)展污染空氣來(lái)流對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的數(shù)值計(jì)算，對(duì)比分析不同來(lái)流參 數(shù)匹配方案下發(fā)動(dòng)機(jī)性能與純凈空氣來(lái)流時(shí)的差異；
[0017] 步驟3.在某一種參數(shù)匹配方案條件下，對(duì)氫氧燃燒加熱、酒精燃燒加熱、煤油燃 燒加熱三種污染空氣來(lái)流超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，對(duì)比分析不同燃燒加熱污染空氣 來(lái)流下發(fā)動(dòng)機(jī)性能的差異、以及與純凈空氣來(lái)流時(shí)的差異；
[0018] 步驟4.計(jì)算設(shè)置條件：計(jì)算中控制方程采用可壓雷諾平均Navier-Stokes方程 及組分方程，對(duì)流通量選取AUSM分裂格式，粘性通量計(jì)算采用基于Gauss定理的中心格式， 取k- ω -SST雙方程湍流模型；化學(xué)反應(yīng)模型采用Hautman對(duì)碳?xì)浠衔顲nH2n+2的八組分 四步準(zhǔn)總包化學(xué)反應(yīng)模型，如下式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種實(shí)驗(yàn)氣體污染對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的評(píng)估方法，其特征在于包括以下步 驟： 步驟1.進(jìn)行純凈空氣來(lái)流超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)流場(chǎng)、性能模擬，作為比較基準(zhǔn)； 步驟2.以某一種燃燒加熱器即酒精燃燒加熱、煤油燃燒加熱或氫氧燃燒加熱器污染 空氣為工質(zhì)，相對(duì)于純凈空氣來(lái)流狀態(tài)參數(shù)，針對(duì)不同參數(shù)匹配方案： (1) 匹配總溫、總壓、馬赫數(shù)、氧氣摩爾百分比方案； (2) 匹配靜溫、靜壓、馬赫數(shù)、氧氣摩爾百分比方案； (3) 匹配總焓、靜壓、馬赫數(shù)、氧氣摩爾百分比方案； (4) 匹配總溫、靜壓、馬赫數(shù)、氧氣摩爾百分比方案； (5) 匹配總焓、總壓、馬赫數(shù)、氧氣摩爾百分比方案； (6) 匹配總焓、動(dòng)壓、馬赫數(shù)、氧氣摩爾百分比方案； 開(kāi)展污染空氣來(lái)流對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的數(shù)值計(jì)算，對(duì)比分析不同來(lái)流參數(shù)匹 配方案下發(fā)動(dòng)機(jī)性能與純凈空氣來(lái)流時(shí)的差異； 步驟3.在某一種參數(shù)匹配方案條件下，對(duì)氫氧燃燒加熱、酒精燃燒加熱、煤油燃燒加 熱三種污染空氣來(lái)流超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，對(duì)比分析不同燃燒加熱污染空氣來(lái)流 下發(fā)動(dòng)機(jī)性能的差異、以及與純凈空氣來(lái)流時(shí)的差異； 步驟4.計(jì)算設(shè)置條件：計(jì)算中控制方程采用可壓雷諾平均Navier-Stokes方程及組 分方程，對(duì)流通量選取AUSM分裂格式，粘性通量計(jì)算采用基于Gauss定理的中心格式，取 k-ω-SST雙方程湍流模型；化學(xué)反應(yīng)模型采用Hautman對(duì)碳?xì)浠衔顲nH2n+2的八組分四 步準(zhǔn)總包化學(xué)反應(yīng)模型，如下式： CnH2n+2^^-C;H4 + H2 (1) C2H4IO2 G 2CO + 2H2 (2) 2C0 + 0: <-^2C0: (3) 2H2+02 ^2H:0 (4) 氫燃料超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)值模擬時(shí)采用的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型為簡(jiǎn)化的H2/02體系下 的七組份八步基元反應(yīng)的有限速率化學(xué)反應(yīng)模型： H2/02體系下的七組份八步反應(yīng)有限速率化學(xué)反應(yīng)模型
步驟5.計(jì)算結(jié)果分析。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)驗(yàn)氣體污染對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的評(píng)估方法，用于解決超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)存在的工質(zhì)“污染效應(yīng)”問(wèn)題。通過(guò)建立發(fā)動(dòng)機(jī)模型；確定發(fā)動(dòng)機(jī)典型工作狀態(tài)點(diǎn)；根據(jù)參數(shù)匹配準(zhǔn)則下不同加熱器條件或同一種燃燒加熱器不同匹配準(zhǔn)則計(jì)算得到發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)流條件，開(kāi)展純凈空氣來(lái)流和污染空氣來(lái)流下超音速燃燒室和超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能對(duì)比計(jì)算。從燃燒加熱方式研究不同燃燒加熱器產(chǎn)生的污染空氣來(lái)流對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響規(guī)律，從地面試驗(yàn)參數(shù)模擬準(zhǔn)則研究不同來(lái)流參數(shù)匹配模擬方案下污染空氣來(lái)流對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響規(guī)律，從而確定模擬參數(shù)獲得與純凈空氣來(lái)流時(shí)更為接近的結(jié)果，為地面試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能評(píng)估提供有益的參考。
【IPC分類(lèi)】G01M15-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104729855
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510114521
【發(fā)明人】宋文艷, 王艷華, 李建平, 陳亮, 肖隱利, 浮強(qiáng)
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月16日