气氧/甲烷矩形火箭发动机横向不稳定燃烧“热-声-涡”耦合机理

项目概述

为了研究横向燃烧不稳定的潜在耦合机制，针对气氧/甲烷矩形火箭发动机开展了试验和数值模拟。试验采用高频压力传感器捕捉燃烧室内的动态压力特性，数值模拟采用应力混合涡模拟（SBES）和小火焰生成流（FGM）模型。结果表明：数值模拟可以准确捕捉到试验中的横向燃烧不稳定，数值计算结果在压力波形、主振频率和方均根幅值等方面与试验数据和理论结果吻合较好。对横向燃烧不稳定的驱动机理和瑞利指数进行了分析。燃烧室内流场特性表明，横向压力波会使氧气射流被周期性地“剥落”以及涡破碎，涡内燃料燃烧产生释热脉冲并耦合到燃烧室第一横向（1W）模态。瑞利因子分析表明，边缘喷嘴较中心喷嘴对横向燃烧不稳定具有更强的驱动特性。