超声速来流横向射流的喷注方式优化及混合增强机理研究

采用循序渐进的方法，通过实验研究、数值模拟与理论分析，综合应用油流、高速纹影、NPLS等实验手段，并采用先进的大涡模拟数值方法，深入研究超声速气流中燃料不同喷注方式（不同燃料物态、不同喷射类型、不同喷射位置、不同喷射角度）在不同喷射条件下的射流结构、燃料穿透度、混合层演化及总压损失等特性；探索超声速气流中激波、漩涡增强燃料-空气混合机理；分析影响燃料穿透度和燃料混合层增长速度的关键因素，给出燃料喷注方式和喷射条件对穿透度影响的具体方式及初步规律，最终提出增强超声速混合的有效方法，为超燃冲压发动机的燃烧室构型设计、高能激光器喷管设计及燃料喷注方式设计提供理论指导依据。同时获取基于某特定发动机或激光器的最优喷注方式。

有效的燃料喷注方式和混合增强技术是成功研制超燃冲压发动机和高性能射流混合型激光器的必要前提，横向射流是一种行之有效的混合增强方式。本项目以超声速气流中的横向射流为研究对象，开展了射流结构、射流穿透度及总压损失特性、流场特殊结构增强燃料掺混的试验和仿真研究。在射流结构研究中，首先基于超燃冲压发动机的平板壁面和凹腔喷注，研究了液态碳氢燃料的射流流场结构；然后基于超燃冲压发动机的平板壁面单孔喷注、凹腔喷注和气动斜坡喷注，研究了气态燃料的流场精细结构；最后基于DF化学激光器的高超声速低温喷管壁面喷注，研究了副喷管射流的流场结构。在上述研究中，分析了波系及旋涡结构与燃料射流的相互作用过程与混合机理。在燃料穿透度及总压损失特性研究中，分别研究了喷射总压、喷流/来流动压比、喷注角度和飞行马赫数对于燃料穿透度和总压损失特性的影响，得到了这些因素的影响规律，给出了某些较优的方案参数。在流场特殊结构增强燃料掺混研究中，结合流场精细结构结果，重点分析了平板壁面单孔和多孔喷注的射流引起的激波和涡结构增强混合的作用机理。在本项目支持下，发表SCI论文1篇，EI论文2篇。