等离子体射流助燃下支板凹腔燃烧室的燃烧特性

摘要

等离子体射流作为一种有效的点火助燃方式在超声速燃烧室中得到了广泛的应用,但是目前大都是与传统的壁面燃料喷注方式相结合,而与中心燃料喷注方式的结合较少.为了扩大燃烧范围,本文将等离子体射流引入了带有交替尾缘结构的支板-凹腔燃烧室中.通过三维数值计算,研究了超声速气流中支板燃料喷注总压、凹腔燃料喷注总压、等离子体射流喷注总压和等离子体射流介质对燃烧特性的影响,分析了不同喷注条件下的燃烧场结构、壁压分布、燃烧效率和燃烧室出口水组分的分布情况.研究结果表明:燃烧效率随着支板燃料喷注总压的增加而降低,但当在合适的范围内增加支板燃料喷注总压时,燃烧室下游的燃烧区域也有所增加.当凹腔燃料喷注总压在0.5～2.0 MPa的范围内增加时,燃烧室的燃烧区域和燃烧效率都有明显提升;但过度地增加凹腔燃料喷注总压,由于燃料的混合受限,燃烧效率急剧下降.随着等离子体射流喷注总压的增加,凹腔剪切层的高度抬升,凹腔内的混气当量比也得到改善,有效地促进了燃烧.当等离子射流的喷注总压为1.25 MPa时,燃烧效率达到最高的82.1％.不同等离子射流介质的助燃效果有着显著的差异.当等离子射流的介质为O2时,对燃烧室的助燃作用最为明显.