环形燃烧室内气液同轴雾化数值模拟研究

doi:10.13675/j.cnki.tjjs.200529

推进技术 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (4): 874-882.DOI: 10.13675/j.cnki.tjjs.200529

环形燃烧室内气液同轴雾化数值模拟研究

周建平，白桥栋，翁春生，王放，徐高

南京理工大学瞬态物理国家重点实验室，江苏南京 210094

出版日期:2021-04-15 发布日期:2021-04-15
作者简介:周建平，硕士生，研究领域为两相爆轰雾化。E-mail：2698544024@qq.com
基金资助:
国防科工局稳定支持项目（HTKJ2020KL011004-2）。

Numerical Simulation of Gas Liquid Coaxial Atomization in Annular Combustor

National Key Lab of Transient Physics，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，China

Online:2021-04-15 Published:2021-04-15

摘要/Abstract

摘要： 为了探究连续旋转爆轰发动机环形燃烧室内煤油射流在同轴气流作用下的雾化过程，采用开源软件OpenFOAM中基于欧拉-拉格朗日方法的SprayFoam求解器对其进行数值模拟，开展了喷射角度、相邻喷嘴夹角、背压和气液速度比对雾化特性影响的研究。研究表明：SprayFoam求解器可以较好地模拟环形燃烧室内液态燃料的喷射雾化特性；随着喷射角度和背压增大，液滴雾化后的粒径逐渐减小；相邻喷嘴角度为15°时燃料雾化后的液滴分布最佳，此时液滴索特尔平均直径为85.1μm；不同气液速度比的射流末端液滴速度最终趋于一致，均约为160m/s。

关键词: 同轴气流;环形燃烧室;OpenFOAM;射流;雾化

Abstract: To investigate the atomization process of kerosene jet in the annular combustor of continuous rotating detonation engine under the action of coaxial gas flow， the SprayFoam solver based on Eulerian-Lagrangian method in open source software OpenFOAM was used to simulate the process. The effects of spray angle， angle between adjacent nozzles， back pressure and gas-liquid velocity ratio on atomization characteristics were analyzed. The results show that the SprayFoam solver used in the study can effectively simulate the spray atomization characteristics of liquid fuel in annular combustor. With the increase of injection angle and back pressure， the droplet size decreases gradually after atomization. The best droplet distribution after fuel atomization is obtained when the angle between the adjacent nozzle is 15°， where the Sauter mean diameter of droplets is 85.1μm. The droplet velocity at the end of the jet with different gas-liquid velocity ratios finally tends to be the same， which is about 160m/s.

Key words: Coaxial gas flow;Annular combustion chamber;OpenFOAM;Jet;Atomization

周建平，白桥栋，翁春生，王放，徐高. 环形燃烧室内气液同轴雾化数值模拟研究[J]. 推进技术, 2021, 42(4): 874-882.

ZHOU Jian-ping, BAI Qiao-dong, WENG Chun-sheng, WANG Fang, XU Gao. Numerical Simulation of Gas Liquid Coaxial Atomization in Annular Combustor[J]. Journal of Propulsion Technology, 2021, 42(4): 874-882.

参考文献

[1] 李宝星，翁春生. 连续旋转爆轰发动机气液两相爆轰波传播特性二维数值研究［J］. 固体火箭技术， 2015， 38（5）： 646-651.
[2] 郑权，李宝星，翁春生. 燃烧室长度对液态燃料旋转爆轰发动机性能影响实验研究［J］. 推进技术， 2018， 39（12）： 2764-2771.
[3] 张开晨，李建中，金武，等. 旋转爆震发动机液态燃料预爆器设计及爆震燃烧特性研究［J］. 推进技术， 2019， 40（9）： 2067-2074.
[4] Bykovskii F A， Zhdan S A， Vedernikov E F. Continuous Detonation of the Liquid Kerosene-Air Mixture with Addition of Hydrogen or Syngas［J］. Combustion， Expl-osion and Shock Waves， 2019， 55（5）： 589-598.
[5] Kindracki J. Experimental Studies of Kerosene Injection into a Model of a Detonation Chamber［J］. Journal of Power Technologies， 2012， 92（2）： 80-89.
[6] 谢峤峰，王兵，董琨. 基于连续旋转爆震的推进技术研究进展［J］. 气体物理， 2020， 5（1）： 1-23.
[7] Gabrijel Z， Nicholls J A. Cylindrical Heterogeneous Detonation Waves［J］. Acta Astronautica， 1978， 5（11）： 1051-1061.
[8] Bykovskii F A， Zhdan S A， Vedernikov E F. Continuous Spin Detonations of Fuel-Air Mixtures［J］. Combustion， Explosion and Shock Waves， 2006， 42（4）.
[9] 王晨辰，翁培奋，丁珏，等. 发动机爆震室气液两相爆轰性质［J］. 上海大学学报（自然科学版）， 2018， 24（3）： 402-411.
[10] Kindracki J. Experimental Studies of Kerosene Injection into a Model of a Detonation Chamber［J］. Journal of Power Technologies， 2012， 92（2）.
[11] 刘道坤. 液体燃料旋转爆震发动机起爆过程研究［D］. 南京：南京理工大学， 2016.
[12] 李宝星，翁春生. 气体与液体两相连续旋转爆轰发动机爆轰波传播特性三维数值模拟研究［J］. 兵工学报， 2017， 38（7）： 1358-1367.
[13] 王迪. 煤油两相连续旋转爆震发动机喷注雾化及工作特性研究［D］. 长沙：国防科学技术大学， 2015.
[14] Davidenko D M， Jouot F， Kudryavtsev A N. Continuous Detonation Wave Engine Studies for Space Application［J］. Progress in Propulsion Physics， 2009， 1（6）： 353-366.
[15] Bykovskii F A， Zhdan S A. Continuous Detonation Engine［M］. Moskva： Doklady Akademii Nauk， 2013.
[16] 郑权，翁春生，白桥栋. 当量比对液态燃料旋转爆轰发动机爆轰影响实验研究［J］. 推进技术， 2015， 36（6）： 947-952.
[17] Zhou Z F， Lu G Y， Chen B. Numerical Study on the Spray and Thermal Characteristics of R404A Flashing Spray Using OpenFOAM［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer， 2018， 117： 1312-1321.
[18] 靳乐. RP-3航空煤油的超临界喷射、蒸发和爆震燃烧特性研究［D］. 西安：西北工业大学， 2016.
[19] 王永堂，吴少华，陈明，等. 旋流式气液同轴式喷油器在加压空间中雾化特性的试验研究［J］. 中国电机工程学报， 2011， 31（35）： 110-116.
[20] 吴晋湘. 不同反压下大流量气液同轴式喷嘴雾化特性及喷雾两相流场的试验和理论研究［D］. 长沙：国防科技大学， 1993.

环形燃烧室内气液同轴雾化数值模拟研究

Numerical Simulation of Gas Liquid Coaxial Atomization in Annular Combustor

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