雾化角对液体火箭发动机燃烧室压力振荡的影响

摘要

针对液氧/煤油火箭发动机模型燃烧室实现了三维非稳态两相燃烧过程的数值模拟，得到的燃烧室截面平均压力和平均速度与实验吻合。在通过初边值条件不施加任何扰动的情况下，得到了燃烧室压力振荡过程，与相关文献的结果一致。在此基础上，研究了液氧和煤油喷嘴雾化角对燃烧室压力振荡的影响。计算结果发现：当雾化角较小为40°或较大为120°时不易产生压力振荡，而当雾化角为中间值65°时易于产生强烈的压力振荡，并导致燃烧室出现燃烧不稳定性。进一步分析表明：当雾化角较小或较大时，由于混合很差或很好，不易在头部出现局部爆炸性可燃混气团，燃烧室压力振荡强度弱，产生不稳定燃烧的能量弱。而当取中间雾化角时，在燃料与氧化剂喷雾锥重叠区域易于出现爆炸性可燃气团，导致剧烈的压力振荡和燃烧不稳定性。因此，通过雾角设计，实现良好混合是抑制燃烧不稳定性的一种途径。