- 徐玮伦;姚卫;张政;刘建文;崔凯;
热力学非平衡效应在高焓工作环境下普遍存在，但很少有研究考虑超声速燃烧中的热力学非平衡效应。本文采用动态分区火焰面模型和分区非平衡模型方法，基于高保真大涡模拟对比计算了平衡和非平衡假设下Ma=2超声速氢气喷射火焰。平动-振动弛豫效应采用Landau-Teller双温模型计算，化学-振动耦合效应混合使用Park模型、耦合振动化学振动（CVCV）和准经典轨迹（QCT）计算。总体而言，采用热力学非平衡模型计算得到的温度场和组分摩尔分数与实验数据更为接近，热力学非平衡效应对主要产物H_2O和中间产物OH的影响略小。热力学非平衡效应对温度影响更为显著的区域主要为压力膨胀区和剪切燃烧区，这两个区域也是平动-转动温度（T_t）与振动-电子温度（T_v）温度差最大的区域和振动弛豫时间较长的区域。模拟得到的最大温度差为1 200 K。热力学非平衡效应影响了相干反斯托克斯拉曼散射光谱（CARS）方法对试验温度的测量。试验中在伴流中添加H_2O以降低热力学非平衡效应的方法起到了一定的作用。
2025年10期 v.46;No.340 129-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 1721K] [下载次数：97 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 江金涛;张启斌;王之声;刘蓬辉;范玮;董素艳;
为了对比亚/超临界煤油在航空发动机模型燃烧室内燃烧性能，本文基于单头部模型燃烧室，搭建亚/超临界煤油燃烧室燃烧性能实验平台，实现亚/超临界航空煤油在模型燃烧室内稳定燃烧。实验研究了不同油气比、煤油状态、空气流量及空气进口温度等条件下，亚/超临界煤油在模型燃烧室内的燃烧性能，获得了燃烧室运行工况参数的变化对燃烧性能参数的影响规律。燃烧室出口燃气测温耙测点温度（T_x）与出口燃气平均温度（T_(4avg)）之比定义为燃烧室出口无量纲温度（T_x/T_(4avg)），燃烧室出口测温耙测温点径向高度位置（y）与径向高度（H）之比定义为无量纲高度（y/H）。实验结果表明：亚临界状态下，y/H为0.35至0.75区域内，T_x/T_(4avg)>1；超临界状态下，y/H为0.2至0.8区域内，T_x/T_(4avg)>1，煤油以超临界状态在燃烧室内燃烧，拓宽了燃烧室出口温度核心区域；燃烧室进口空气温度从574 K增大至675 K，燃烧室出口温度场OTDF值减小了20.93%；航空煤油以超临界状态在燃烧室内燃烧，可提高燃烧室燃烧性能参数，扩宽高温升燃烧室运行工况，除燃烧室总压恢复系数低于亚临界状态外，燃烧室出口温度分布均匀性及燃烧效率均高于亚临界燃烧状态。
2025年10期 v.46;No.340 139-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 2486K] [下载次数：187 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 龙震宇;韩信;彭瀚;黄玥;尤延铖;
斜爆震作为马赫数8以上飞行条件下的一种高效的燃烧方式，近年来在吸气式高超声速推进领域受到广泛关注。本文通过数值研究探讨了以氢气为燃料时，不同喷注当量比和燃烧室几何参数对斜爆震发动机驻定特性及推进性能的影响。研究表明，在马赫数为8.67的飞行条件下，单支板喷注方案可以实现氢气/空气的完全掺混，并在燃烧室内爆震波与边界燃烧的协同作用下形成稳定的驻定燃烧。随着喷注当量比从0.25增大至1.0，斜爆震波的驻定位置向燃烧室上游移动，波面发生弯曲，燃烧室的净推力增加13.2%，但比冲却显著降低。此外，燃烧室几何参数对斜爆震波驻定特性及推进性能有显著影响。当燃烧室前缘侵入进气道形成第一道压缩激波时，无法形成驻定的爆震波；燃烧室前缘与入口距离从100 mm减小至25 mm时，燃烧室净推力将下降50.01%，但流场稳定性有所改善。
2025年10期 v.46;No.340 151-162页 [查看摘要][在线阅读][下载 2202K] [下载次数：137 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 陈忠良;范育新;肖锋;马宗伯;
为提高离心喷嘴在低流量下雾化性能，并降低喷嘴的结焦风险，提出一种双路单喷口离心喷嘴+空气旋流器组合式气动离心喷嘴结构，研究了辅助雾化空气对双路单喷口离心喷嘴雾化特性的影响。研究结果表明：当供油压力为0.03 MPa时，辅助雾化空气会改变液膜的形态，使得喷雾的雾化锥角增大，喷嘴的雾化范围增大，液膜的破碎长度缩短，液膜表面的波动增强，辅助雾化空气从0 kPa增大至0.1 MPa，索特平均直径（SMD）从198.98μm减小到56.75μm，减小了71.5%。喷雾的索特平均直径（SMD）大幅度降低，喷嘴的雾化性能得到显著改善。当供油压力为0.3 MPa时，辅助雾化空气几乎不会影响雾化锥角的大小，辅助雾化空气从0 kPa增大至0.1 MPa,SMD从71μm减小至43μm，减小了39.4%。喷雾的SMD小幅度减小，也能提高喷嘴的雾化质量。通过少量的辅助空气就能实现离心喷嘴燃油流量和雾化质量的独立控制。
2025年10期 v.46;No.340 163-174页 [查看摘要][在线阅读][下载 2135K] [下载次数：264 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 黄柯嘉;贾伯琦;仝毅恒;王鹏远;蔡开元;陈歆怡;苏凌宇;
针对液体火箭发动机不稳定燃烧时可能出现的声学振荡工况，利用高速摄影观察了密闭腔室中驻波声场下平面液膜的失稳和破碎过程。结果表明，随着液体韦伯数的增加，平面液膜的破碎距离增大。韦伯数越小，液膜表面波的稳定性越差，导致液膜更容易破碎。当声压级从130 dB提高到140 dB时，声场对液膜的扰动作用更加明显，液膜表面的波纹变得更加密集，同时液膜的破碎距离也随之减小。液膜位于波节与波腹之间的某个临界位置时，会产生响应。液膜距离波节越近，雾化效果越好。在驻波声场的频率附近，存在液膜对声场开始响应的起始频率和截止频率。当驻波声场的频率为317 Hz时，液膜表面波在起始频率280 Hz时开始出现，并在截止频率448 Hz时消失。
2025年10期 v.46;No.340 175-186页 [查看摘要][在线阅读][下载 2045K] [下载次数：86 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 叶林;梁喜源;李维;李洋;马浩男;刘存良;张帆;
位于燃烧室出口后的涡轮导叶端壁表面承受极强的热负荷和复杂的通道涡作用，其表面通常采用上游槽缝结构组合下游离散孔进行气膜冷却，但缝/孔结构的流量分配可能对端壁表面的气膜冷却效率分布及覆盖范围产生影响。为探究冷气流量分配对涡轮端壁表面缝/孔组合冷却气膜冷却性能的影响，本文基于稳态压敏漆技术测量了不同质量流量比（MFR）时单一结构及缝/孔组合结构的气膜冷却效率分布特征，同时分析了引导式槽缝流量分配及缝高对下游孔群气膜冷却叠加的影响。实验结果表明，缝/孔组合冷却结构在小流量比时，近压力面侧存在冷却死区，流量比的增大对该区域气膜冷却效率有明显提升。仅有孔群冷却结构在小流量比时气膜冷却效率优于组合结构，但随着流量比增加，组合结构的冷却优势逐渐呈现，近压力面侧表面气膜覆盖效果也大幅提升。在MFR=1.5%时，组合结构的气膜冷却效率是单一孔群结构的2.33倍，面平均气膜冷却效率显著提升了32.1%。在本文研究的缝高范围内，槽缝高度的降低导致冷气更易贴附在端壁表面，降低缝高、提高流量比显著提高了端壁表面的气膜冷却效率的峰值和展向气膜覆盖情况。
2025年10期 v.46;No.340 187-198页 [查看摘要][在线阅读][下载 2122K] [下载次数：176 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 刘传胜;刘明阳;汤成龙;黄佐华;
射流碰壁液膜冷却因结构紧凑且冷却效率高，被广泛应用于小推力的姿轨控发动机中。为了获得强制对流模式下的脉冲射流碰壁液膜冷却传热特性，采用红外测温及温度反演算法，进行了实验研究。实验的射流流量为30～55 mL/min，初始壁面温度为40～120℃，脉冲频率为2～20 Hz。结果表明：与连续射流相比，脉冲射流的冷却总热量显著提高，但脉冲频率对冷却总热量的影响不大。脉冲射流充分冷却区域较连续射流发展更快，且都呈现逐渐加速的趋势。滞止点处具有最大热流量，且与脉冲周期存在显著相位差。随着壁温的降低，滞止点峰值热流量逐渐减小。射流流量对冷却总热量及滞止点热流量的影响较初始壁面温度的影响更为微弱。在脉冲射流开启状态，液膜前缘长度和液膜面积基本随时间线性增长。
2025年10期 v.46;No.340 199-210页 [查看摘要][在线阅读][下载 2133K] [下载次数：137 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 王彦红;翟士博;东明;白皓然;
针对超燃冲压发动机的热防护问题，提出了设置凹槽的再生冷却通道方案，通过RNG k-ε湍流模型进行了再生冷却通道内超临界正癸烷换热数值研究。凹槽总宽度为1 mm，凹槽深度为0.12 mm。顶壁面热流密度为1.3 MW/m~2，进口温度为450 K，质量流速为1 000 kg/（m~2·s）。探究了运行压力（3～5 MPa）和凹槽数量（n=1～3）对壁面温度和换热系数沿流动方向变化的影响。通过温度、速度、湍动能、螺旋度、流线的分布揭示了流动换热机制。通过局部质量流速阐述了传热恶化的原因，讨论了热流分布状况。探究了二次流强度和综合换热系数的轴向变化特征。提出了带凹槽再生冷却通道超临界正癸烷换热关联式，误差值在±15%以内。研究结果表明：壁面覆盖的低质量流速薄膜层引起了传热恶化问题，同时造成侧壁面高热流密度区的趋下分布。凹槽造成复杂的涡系结构，顶壁面附近湍动能和旋流增强，这是相比传统通道换热增强的原因，综合换热系数处于1.43～1.53。双槽通道更容易形成局部二次流，对侧壁换热具有促进作用。
2025年10期 v.46;No.340 211-221页 [查看摘要][在线阅读][下载 2396K] [下载次数：208 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 孙迪;李永洲;刘佩进;敖文;袁熠祺;
在复合推进剂原始信息缺失的情况下，为了预示推进剂的燃烧特性，采用微CT技术获取推进剂的真实细观结构特征和AP粒径分布信息，据此建立气固耦合燃烧模型并选取典型二维切片开展数值模拟分析。结果表明，不同切片气相区温度分布和燃速差异较大，燃面位于y=0μm时气相区温度畸变指数最大相差18.5%，燃速最大相差25.6%。不同切片的平均燃速差异较小，仅为0.07 cm/s。随机装填建模方法与微-CT方法计算的平均燃速相差不超过1%，而后者能够解决随机装填算法AP粒径分布信息获取困难的问题。本文将高分辨率测量技术和数值模拟方法相结合，为推进剂细观燃烧研究提供了一种新途径。
2025年10期 v.46;No.340 222-233页 [查看摘要][在线阅读][下载 2127K] [下载次数：274 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]