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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
全流量补燃循环发动机具有高性能、高可靠性、便于可重复使用等特点，是作为下一代可重复使用运载器的主动力备选之一，而气气燃烧技术作为该发动机一项关键技术，有必要对其开展深入研究；另外，除全流量补燃循环发动机外，气气燃烧模式还广泛应用于其他类型发动机和民用燃烧设备中，研究结果将具有广泛的应用价值。本文即针对气气燃烧开展研究。本文第一大部分主要开展气气燃烧机理性方面的研究，揭示气气燃烧是什么？是怎样的？首先以纯粹的对向扩散火焰构型作为研究对象，采用现今最详细的化学反应机理，获得并分析了氢/氧、烷烃(C1~C16)/氧在大范围工况下的火焰结构、特性，再归纳分析得到氢/氧、烷烃/氧燃烧火焰行为随压力、拉伸率、温度等参数变化的规律性结论；结果能够帮助深入认识气气燃烧火焰机理，并为下一步的大涡模拟(LES)研究提供数据库支持。进一步采用LES技术对同轴剪切式喷注器气气冷流掺混过程进行研究，详细分析了高Re数下气气掺混过程中涡作用情况；再利用flamelet燃烧模型对气气燃烧流场进行LES研究，考察气气燃烧的非稳定流动情况，深入分析了气气燃烧喷注器近场的剪切层不稳定效应、流动涡的产生、发展等作用过程，以及火焰稳定机制；分析了气气掺混和燃烧过程中涡的本质作用；进一步还深入分析了氢/氧气气燃烧流动中化学反应与湍流之间的交互作用，得到了明确的结论。还采用试验结果研究了气气燃烧RANS计算方法，得出了计算结果与实验结果吻合的模型选择；进行了RANS计算结果与LES计算结果的对比分析；并开展了典型气气燃烧流场与气液燃烧流场的对比研究，以及关键参数影响规律的对比研究；结论能够进一步了解气气燃烧过程机理，并为气气喷注器的设计研究提供参考。本文第二部分主要针对气气燃烧缩尺技术题目开展研究，针对气气混合燃烧的本质特点，挖掘其潜在优势。揭示气气燃烧的潜在优势在哪？如何运用？首先对多组分气气冷流掺混流动利用相似性方程分析法和量纲分析法开展严格理论分析和数值仿真研究，提出冷流掺混流场的相似准则。进一步，对多组分气气燃烧流动开展理论推导和分析，提出气气燃烧流场的相似准则，进行了单喷嘴和多喷嘴工况下的仿真研究和试验验证。在气气燃烧流场相似性研究的基础上，开展气气燃烧推力室传热及性能缩尺技术研究。结合边界层理论，详细分析了边界层流动方程和湍流边界层流动物理现象，同样采用方程分析和量纲分析严格推导了边界层流动相似和传热、摩擦相似题目，得到了性能和传热相似的充要条件；并结合具体工程实用的模拟方法，提出了气气燃烧推力室的传热和性能缩尺具体准则，结果表明可以利用准则关系将低压、小流量、小尺寸发动机试验的性能和热流数据推广到高压、大流量、全尺发动机中；并开展了相应的数值仿真和实验研究以进行验证。本部分的结论可以大大地降低气气喷注器推力室的研制成本和周期，并能够降低试验危险性，还能够指导气气喷注器设计研究工作。本文的第三部分是在前述气气燃烧机理研究以及相似性准则研究结论基础上，开展气气喷注器的工程设计方面的研究，进一步发掘气气燃烧本身的潜在优势。揭示怎样设计出好的气气喷注器，设计出怎样的气气喷注器最具价值？首先对同轴剪切式喷注器设计在带双预燃室的燃气燃烧状态下的可行性进行了研究。设计了多喷嘴的同轴剪切式气气喷注器，进行了数值仿真和试验研究，得到同轴剪切式喷注器在燃气气气燃烧中的应用是可靠的。并对具有独特难点的带不同类型双预燃室的发动机联合试车的启动过程进行了专门的研究。进一步针对气气混合燃烧的特性，充分挖掘其潜在优势，开展大流量气气喷注器技术研究。利用量纲分析和气气燃烧相似性结论，提出了优化设计思想和方法，利用RANS和LES方法进行相应的分析；为了更好地开展单喷嘴喷注器的实验研究，设计并开发了一种能够反映单喷嘴喷注器燃烧内流场的发展和燃烧完成情况的实验方法，进行了大流量单喷嘴气气喷注器的设计和试验验证，得到了结构简单的单喷嘴工况下大流量气气喷注器设计。进一步在此基础上，开展了多喷嘴大流量气气喷注器设计研究；加入了多喷嘴排布影响参数，并进行了喷注器排布的数值仿真优化设计，最后进行了试验件的设计和试验研究，得到了具有可靠热防护的、高燃烧效率的单元流量为3.7倍于SSME单喷嘴流量下的构型简单的多喷嘴气气喷喷注设计。对于与SSME相同流量和压力下工作的全流量补燃循环发动机主推力室只需要采用160个结构简单的剪切式喷注单元即可，相对于SSME采用600个喷注单元的数量大大减少。 |
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发表于 2022-9-9 12:45:58
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