超声速凹腔稳焰器中流动混合与燃烧

凹腔作为一种结构简单并且利于高效低阻燃烧的稳焰装置，已经被广泛应用在超燃冲压发动机工程实践和学术研究中。本书全面综述超声速凹腔稳焰器中的气流流动混合与燃料燃烧过程近期新研究进展，采用理论分析、数值计算与实验研究相结合的方法，系统介绍凹腔中的气流流动模式、燃料输运与混合过程、点火过程、火焰稳定与稳燃模式以及火焰闪回过程，并对超声速凹腔稳焰器构型及其燃烧组织的设计提出了建议。本书可供高等院校航空航天专业或机械专业的本科生或研究生阅读参考，也可供航空航天领域内的科研院所的研究人员阅读。

前言
第1章绪论1
1.1超声速凹腔稳焰器1
1.2超声速凹腔稳焰器中的流动与混合特性3
1.2.1流动特性3
1.2.2燃料喷注与混合特性4
1.3超声速凹腔稳焰器中的点火过程6
1.3.1引导点火8
1.3.2节流点火8
1.3.3热射流点火9
1.3.4等离子体点火9
1.3.5活性添加剂点火10
1.4超声速凹腔稳焰器中的火焰稳定与稳焰模式10
1.4.1火焰稳定10
1.4.2稳焰机理11
1.5超声速凹腔稳焰器中的火焰闪回过程14
1.5.1热壅塞诱发火焰闪回15
1.5.2自点火诱发火焰闪回15
1.5.3爆燃转爆轰诱发火焰闪回16
1.6本书篇章结构17
参考文献17
第2章凹腔中的流动模式分析26
2.1二维流动特性26
2.1.1二维流动算例设置26
2.1.2瞬态流场结构与分析29
2.1.3时均流场结构与流动特性31
2.2流动模式与剪切层增长模型37
2.2.1冷态流动模式37
2.2.2剪切层增长模型43
2.3本章小结48
参考文献48
第3章凹腔中的燃料输运与混合过程49
3.1燃料输运与混合流场结构特征49
3.1.1仿真工况设置49
3.1.2凹腔上游喷注混合流场结构特征51
3.1.3不同动量比下凹腔中的喷注混合过程56
3.2燃料喷注方案对燃料输运与混合过程的影响59
3.2.1仿真工况设置60
3.2.2不同凹腔上游燃料喷注距离条件下的燃料输运与混合过程63
3.2.3不同凹腔上游燃料喷注方案条件下的燃料输运与混合过程66
3.2.4不同凹腔主动式燃料喷注方案条件下的燃料输运与混合过程70
3.2.5凹腔组合式燃料喷注方案的燃料输运与混合过程71
3.3凹腔突扩构型对燃料输运与混合过程的影响73
3.3.1仿真工况设置73
3.3.2凹腔构型对燃料输运及混合流场的影响75
3.4本章小结81
参考文献82
第4章凹腔中的点火过程84
4.1燃料喷注方案对强迫点火过程的影响84
4.1.1实验方案设计84
4.1.2聚能火花塞点火86
4.1.3激光诱导等离子体点火91
4.2凹腔构型对强迫点火过程的影响94
4.2.1实验方案设计94
4.2.2初始火焰形成与发展实验96
4.2.3强迫点火后燃烧室中的稳定火焰建立过程100
4.3强迫点火过程点火位置优化102
4.3.1实验方案设计102
4.3.2聚能火花塞点火104
4.3.3激光诱导等离子体点火106
4.4强迫点火模式分析116
4.4.1实验方案设计116
4.4.2强迫点火过程分析117
4.4.3强迫点火模式研究122
4.5强迫点火源作用过程124
4.5.1实验方案设计124
4.5.2强迫点火过程三维算例验证分析125
4.5.3强迫点火源作用过程二维仿真研究128
4.6本章小结133
参考文献134
第5章凹腔中的火焰稳定与稳燃模式136
5.1凹腔上游喷注燃料的燃烧流场特征136
5.1.1实验工况与计算设置136
5.1.2后缘突扩凹腔中乙烯燃烧流场结构特征分析142
5.1.3后缘突扩凹腔中氢气燃烧流场结构特征分析148
5.2燃料喷注方案对火焰结构与燃烧强度的影响151
5.2.1实验工况151
5.2.2燃料喷注方案对火焰稳定过程的影响152
5.3凹腔构型对火焰结构与燃烧强度的影响160
5.3.1不同凹腔构型条件下的氢气火焰结构160
5.3.2不同当量比条件下的乙烯火焰结构164
5.4凹腔中的稳燃模式168
5.4.1不同凹腔构型条件下的稳燃模式168
5.4.2后缘突扩凹腔中稳燃模式的动态切换172
5.4.3后缘突扩凹腔对稳燃模式的影响176
5.5本章小结180
参考文献182
第6章凹腔中的火焰闪回过程183
6.1燃料喷注方案对火焰闪回过程的影响183
6.1.1不同燃料喷注压力183
6.1.2不同燃料喷注距离186
6.1.3不同燃料喷注角度187
6.1.4不同燃料喷嘴数量189
6.2凹腔构型对火焰闪回过程的影响189
6.2.1不同凹腔长深比192
6.2.2不同凹腔后缘倾角193
6.2.3不同氮气节流位置193
6.3边界层条件及多种扰动因素对火焰闪回过程的影响193
6.3.1仿真条件194
6.3.2凹腔对火焰稳定性的影响197
6.3.3边界层条件对火焰闪回的影响198
6.3.4多种扰动因素对火焰闪回的影响200
6.4火焰闪回诱发机制的理论模型202
6.4.1超声速燃烧火焰闪回诱发机制模型202
6.4.2超声速燃烧自点火与火焰传播竞争模型206
6.5本章小结208
参考文献209