低频燃烧不稳定性热声耦合机理研究

admin · 发表于 2022-9-17 12:52:19

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燃烧不稳定性是液体火箭发动机研制过程中需要解决的关键技术之一。低频不稳定燃烧会使发动机推力偏离设计状态，同时带来剧烈的振动，损坏燃烧装置的机械结构。通过对燃烧不稳定性机理的研究可以为液体火箭发动机的设计与研制做出贡献。本文在总结国内外关于低频燃烧不稳定性机理的研究方法基础上，以Helmholtz谐振器型燃烧装置为研究对象，对该型燃烧装置内低频不稳定燃烧的热声耦合机理进行了研究。首先为供应系统中的流量控制阀门建立了瞬时流量模型和膜片运动模型，利用模型分析了阀门主要结构参数和出口压力变化对阀门的流量特性和膜片运动特性的影响。以Helmholtz谐振理论为基础建立了该型燃烧装置的声学模型，并辅以燃烧室压力模型、放热模型、摩擦模型，以及前述的流量控制阀模型提供参数输入；使用该声学模型预测了燃烧装置各结构参数和燃烧室温度对燃烧室内压力振荡特性的影响。最后通过Helmholtz谐振器型燃烧装置的试验研究结果验证了模型的正确性，并进一步讨论了流量对热声耦合过程的影响。研究结果表明流量型低频燃烧不稳定性的产生与燃烧室和管路组成的系统的声学特性以及反应物流量的振荡有关。当燃烧室和管路的结构参数满足一定条件时，燃烧室内会形成持续的低频压力振荡，且振荡特性与结构参数、燃烧室温度相关；反应物流量振荡通过影响混合及化学反应时间对热声耦合的结果起关键作用。可以通过合理设计推力室和推进剂供应管路，控制推进剂供给来消除液体火箭发动机内低频不稳定燃烧。

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