專(zhuān)利名稱(chēng)：超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率的一維評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率的評(píng)價(jià)方法，具體涉及一種超燃沖壓發(fā) 動(dòng)機(jī)燃燒室燃燒效率的一維評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
目前超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的三種研發(fā)手段分別為地面試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)和數(shù)值模 擬。地面試驗(yàn)是最基本手段，須具備模擬實(shí)際飛行條件下來(lái)流組分、總壓、總 溫和速度的能力，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、模擬方法、測(cè)量技術(shù)、數(shù)據(jù)處理等要求較高； 飛行試驗(yàn)成本巨大，需要完善的地面保障系統(tǒng)，作為最后的驗(yàn)證手段；數(shù)值模 擬提供整個(gè)流場(chǎng)的詳細(xì)流動(dòng)特性，但機(jī)時(shí)長(zhǎng)，計(jì)算收斂性依賴(lài)于計(jì)算條件，完 全的數(shù)值模擬難以實(shí)現(xiàn)。 一維評(píng)價(jià)方法克服以上困難，可實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的快 捷分析。
燃燒效率作為評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要指標(biāo)，經(jīng)多年研究已發(fā)展多套評(píng)價(jià)方 法。目前各方法在應(yīng)用范圍、適用條件及準(zhǔn)確度方面均無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際應(yīng)用 中存在較大不確定性。由于存在自身的局限性，實(shí)際應(yīng)用中需要多種評(píng)價(jià)方法 相互補(bǔ)充，相互發(fā)展，不斷完善。工程中， 一維方法往往忽略了一些本來(lái)存在 的因素， 一定程度上限制了方法的普適性。總結(jié)起來(lái)，以往方法中存在以下限 定假設(shè)燃燒混氣作為理想均一氣體處理，比熱和比熱比取為常數(shù)；忽略壁面 摩擦及吸熱作用；不考慮燃料注入對(duì)工質(zhì)流量、動(dòng)量及能量變化的影響。燃燒 室中真實(shí)工況復(fù)雜多變，并不嚴(yán)格遵守某種或幾種假設(shè)，因此根據(jù)實(shí)際情況， 結(jié)合試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，突破以上限定實(shí)現(xiàn)燃燒效率的評(píng)判具有實(shí)際應(yīng)用意義。研究的目的是擴(kuò)大一維評(píng)價(jià)方法的適用范圍，并設(shè)法使之具有普適性。
燃燒效率不能直接測(cè)量，需要通過(guò)測(cè)量得到一些參數(shù)后經(jīng)處理?yè)Q算求出。 實(shí)驗(yàn)中比較可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)是壁面壓強(qiáng)、天平數(shù)據(jù)和熱流數(shù)據(jù)(盡管熱流測(cè)量 精度稍差)。求解一維流動(dòng)方程組時(shí)，若燃燒室型面確定，壁面靜壓、熱流分 布已知，則影響燃燒效率的因素將包括混氣沿程的平均分子量、定壓比熱和壁 面摩擦力。 一維評(píng)價(jià)方法應(yīng)用于強(qiáng)燃燒工況，在氣流相對(duì)均勻的流場(chǎng)部分(燃 燒室后部)具有相當(dāng)?shù)目尚哦取?

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率的一維評(píng)價(jià)方法，利 用該方法可以快速得到燃燒過(guò)程中的燃燒效率及相關(guān)熱動(dòng)和氣動(dòng)參數(shù)的分布 規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒工況經(jīng)濟(jì)性能的快速評(píng)估；并擴(kuò)大現(xiàn)有一維評(píng)價(jià)方法的 適用范圍并使之具有普適性。
本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明所述超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率的一維評(píng)價(jià) 方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的
步驟一、確定燃燒室入口條件及壓力分布通過(guò)試驗(yàn)或者數(shù)值模擬得到超 燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁面壓力分布情況，根據(jù)物性分析軟件(例如ASPEN)建 立燃燒室中各組分的分子量及焓值數(shù)據(jù)庫(kù)，建立分子量及焓值與壓力、溫度及
混合物組成的函數(shù)關(guān)系;/(AT,")及F(A:r,");已知燃燒室入口總質(zhì)量流量和各
成分所占分?jǐn)?shù)，確定《、G。、 ；、 《、 //^和/^，利用燃燒效率與各組分質(zhì) 量分?jǐn)?shù)間的相互轉(zhuǎn)化，聯(lián)立動(dòng)量方程(S12)、能量方程(S04)、流量方程(S08) 和氣體狀態(tài)方程(S09)構(gòu)成的基本方程組耦合求解，上述四個(gè)基本方程如(l) 至(4)式所示<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，/為沖量；Z。為燃燒室沿流動(dòng)方向耗散力；^為總工質(zhì)質(zhì)量流量； F為面積，^為相對(duì)截面積，//(/7,r,")為比烚函數(shù)，特別//^為 燃燒室入口總比焓；g為燃燒室壁面熱流；g為質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Mp，二")為分子量
函數(shù)；￡。為氧化劑對(duì)燃料的化學(xué)當(dāng)量系數(shù)；"為氧化劑過(guò)氧系數(shù)^i， G
G人 f
和G。分別為實(shí)際給定的燃料和氧化劑質(zhì)量流量；w為燃燒室內(nèi)工質(zhì)流速；i 為 通用氣體常數(shù)；^為工質(zhì)密度；r表示靜溫(燃燒室混合物靜溫)；
其中，對(duì)下腳標(biāo)的解釋表示燃燒室某一截面處，"s;r"表示入口 截面處，"cr。yfc"表示燃燒室側(cè)壁面，表示燃料層，"。"表示氧化劑層， "^"表示燃燒產(chǎn)物層；腳標(biāo)"dc"表示燃燒室某一截面處燃料層，變量"&" 表示燃燒混合物平均分子量，^為燃燒室某一截面處橫截面積； 步驟二、給出燃燒效率初值％:
<formula>formula see original document page 9</formula>
步驟三、確定燃燒室截面各成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)g
<formula>formula see original document page 9</formula>(6) <formula>formula see original document page 9</formula> (7)+
(9)
其中，仏-為實(shí)際反應(yīng)效率；仏，為理論反應(yīng)效率；7為燃燒完全系數(shù)定義
的計(jì)算燃燒效率；《和&分別為燃料完全燃燒時(shí)，理論上應(yīng)反應(yīng)完的燃料和 氧化劑質(zhì)量流量；G^和G。a分別為實(shí)際反應(yīng)完的燃料與氧化劑質(zhì)量流量；v為 計(jì)算系數(shù)，規(guī)定"l,v-l; "l，v = 0;
步驟四、確定燃燒混合物溫度結(jié)合氣體狀態(tài)方程(4)式及(9)式確 定燃燒混合物溫度T;
步驟五、求出燃燒混合物焓值及平均分子量;^:
結(jié)合物性分析軟件ASPEN得出燃燒混合物烚值及入口燃燒混合物平均分子 步驟六、求出燃燒室截面當(dāng)?shù)芈曀賏及馬赫數(shù)M:
結(jié)合動(dòng)量方程(1)式、流量方程(3)式求出燃燒室截面當(dāng)?shù)芈曀偌榜R赫數(shù)； 步驟七、確定燃燒室壁面摩擦系數(shù)c,及沿流動(dòng)方向耗散力X。 結(jié)合動(dòng)量方程(1)式、流量方程(3)式得出燃燒室壁面摩擦系數(shù)及沿流動(dòng)方向耗
散力；
步驟八、求出燃燒混合物流速w: 步驟九、求出燃燒室壁面熱流^: 步驟十、求出燃燒效率計(jì)算值;;
結(jié)合能量方程(2)式及(6)至(8)式，得到燃燒效率計(jì)算式(24)式^。ar'+^oO/^(;^,7;，a = 1)-g。f/Z。(p血，7;,Q; = oo)-gXi/r(Aic，7;c, = 0) (24)
其中燃燒室壁面熱流計(jì)算采用雷諾近似法 2= J《A (25)
^=*/WS(/)(^-^) (26) 柳=——^- (27)
H H +3 (28) "& 2
其中，S(/)為雷諾相似參數(shù)；^為恢復(fù)焓；i^為壁面氣體焓；^為燃燒
室壁面單位熱流；
步驟十一、判斷燃燒效率與初值是否相同
比較;7與給定初值;;。是否相同，如果是，則執(zhí)行步驟十二；否則回到步驟 二，循環(huán)迭代，直至得到滿(mǎn)足精度要求的燃燒效率數(shù)值,7; 步驟十二、結(jié)束。
本發(fā)明的有益效果是應(yīng)用本方法可以對(duì)燃燒效率及相關(guān)熱動(dòng)和氣動(dòng)參數(shù) 進(jìn)行快速分析，并最終得到燃燒效率及相關(guān)參數(shù)沿燃燒室軸向的一維分布規(guī) 律。本方法引入燃燒混氣的真實(shí)組分進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)燃燒過(guò)程的實(shí)際情況考 慮壁面摩擦，壁面熱流，燃料質(zhì)量添加的影響；與已有一維方法相比，在實(shí)際 燃燒工況的基礎(chǔ)上拓寬了方法的適用范圍，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒過(guò)程經(jīng)濟(jì)性能的快 速評(píng)估。該方法首先得到超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒試驗(yàn)數(shù)據(jù)或者仿真數(shù)據(jù)，將燃燒 室壁面壓力作為計(jì)算模型的已知參數(shù)；考慮燃燒室實(shí)際燃?xì)饨M分將計(jì)算模型分為燃料層、氧化劑層和燃燒產(chǎn)物層；然后應(yīng)用一維流動(dòng)方程組結(jié)合模型分層計(jì) 算求解；最終得到超聲速燃燒過(guò)程中燃燒效率及熱動(dòng)、氣動(dòng)參數(shù)的變化情況。


圖1為本方法超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率計(jì)算流程框圖，圖2為超燃沖壓發(fā) 動(dòng)機(jī)燃燒效率一維評(píng)價(jià)方法的各參數(shù)計(jì)算思路框圖，圖3為試驗(yàn)用燃燒室結(jié)構(gòu) 示意圖(燃燒室的長(zhǎng)度單位為英尺；1為燃料噴射器，2為冷卻水套，3為動(dòng) 作筒)，圖4為燃燒室中氫-空氣燃燒試驗(yàn)的壓力測(cè)量值圖(橫坐標(biāo)為燃燒室的 長(zhǎng)度，單位為米；縱坐標(biāo)為壓力值，單位為Mpa)，圖5a為馬赫數(shù)沿室長(zhǎng)分布 曲線(xiàn)圖與平均擬合值圖(橫坐標(biāo)為燃燒室的長(zhǎng)度，單位為米，縱坐標(biāo)為馬赫數(shù) 值；帶有方塊的實(shí)線(xiàn)為曲線(xiàn)圖，沒(méi)帶有方塊的實(shí)線(xiàn)為擬合值圖)，圖5b為靜溫 沿室長(zhǎng)分布曲線(xiàn)圖與平均擬合值圖(橫坐標(biāo)為燃燒室的長(zhǎng)度，單位為米，縱坐 標(biāo)為靜溫值，單位為開(kāi)爾文；帶有方塊的實(shí)線(xiàn)為曲線(xiàn)圖，沒(méi)帶有方塊的實(shí)線(xiàn)為 擬合值圖)，圖5c為燃燒混合物平均分子量沿室長(zhǎng)分布曲線(xiàn)圖與平均擬合值圖 (橫坐標(biāo)為燃燒室的長(zhǎng)度，單位為米；縱坐標(biāo)為燃燒混合物平均分子量；這里 計(jì)算結(jié)果為相對(duì)分子量，單位為1);帶有方塊的實(shí)線(xiàn)為曲線(xiàn)圖，沒(méi)帶有方塊 的實(shí)線(xiàn)為擬合值圖)，圖5d為燃燒效率沿室長(zhǎng)分布曲線(xiàn)圖與平均擬合值圖(橫 坐標(biāo)為燃燒室的長(zhǎng)度，單位為米；縱坐標(biāo)為燃燒效率；帶有方塊的實(shí)線(xiàn)為曲線(xiàn) 圖，沒(méi)帶有方塊的實(shí)線(xiàn)為擬合值圖)。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一如圖1所示，本實(shí)施方式所述的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒 效率的一維評(píng)價(jià)方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的
步驟一、確定燃燒室入口條件及壓力分布通過(guò)試驗(yàn)或者數(shù)值模擬得到超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁面壓力分布情況，根據(jù)物性分析軟件(例如ASPEN)建 立燃燒室中各組分的分子量及焓值數(shù)據(jù)庫(kù)，建立分子量及焓值與壓力、溫度及
混合物組成的函數(shù)關(guān)系Mp,:r,")及H(p,r,");己知燃燒室入口總質(zhì)量流量和各 成分所占分?jǐn)?shù)，確定&、 g。、 ^、 "、 ^L和/^，利用燃燒效率與各組分質(zhì) 量分?jǐn)?shù)間的相互轉(zhuǎn)化，聯(lián)立動(dòng)量方程(S12)、能量方程(S04)、流量方程(S08) 和氣體狀態(tài)方程(S09)構(gòu)成的基本方程組耦合求解，上述四個(gè)基本方程如(l) 至(4)式所示
'股+ j" A =/*d + /vFfc (1)
— , = g由A (a*c , ," = o)+g血仏(/7。fc, rfc, or = oo)+g cfc/f,,c o cfc, rfc, a = i)+》 (2)
y^/wA (3) "《
He—4 (4) 〃fc
其中，/為沖量；Z。為燃燒室沿流動(dòng)方向耗散力；C^為總工質(zhì)質(zhì)量流量； F為面積，^為相對(duì)截面積，//07,r，a)為比焓函數(shù)，特別/C為
燃燒室入口總比焓；e為燃燒室壁面熱流；g為質(zhì)量分?jǐn)?shù)；^p，r,^為分子量
函數(shù)；丄為氧化劑對(duì)燃料的化學(xué)當(dāng)量系數(shù)；a為氧化劑過(guò)氧系數(shù)"^i，《 OT G人 r
和G。分別為實(shí)際給定的燃料和氧化劑質(zhì)量流量；w為燃燒室內(nèi)工質(zhì)流速；/ 為
通用氣體常數(shù)；p為工質(zhì)密度；r表示靜溫(燃燒室混合物靜溫)；
其中，對(duì)下腳標(biāo)的解釋表示燃燒室某一截面處，"BX"表示入口
截面處，"a^"表示燃燒室側(cè)壁面，表示燃料層，"。"表示氧化劑層，
"表示燃燒產(chǎn)物層；腳標(biāo)"Ac"表示燃燒室某一截面處燃料層，變量"^"表示燃燒混合物平均分子量，^為燃燒室某一截面處橫截面積； 步驟二、給出燃燒效率初值/7。
<formula>formula see original document page 14</formula>
步驟三、確定燃燒室截面各成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)g:
<formula>formula see original document page 14</formula>
其巾，/7樹(shù)力實(shí)P示^i^^率；7匿p力;/力M^Si系^^A 的計(jì)算燃燒效率；6和6分別為燃料完全燃燒時(shí)，理論上應(yīng)反應(yīng)完的燃料和
氧化劑質(zhì)量流量；C^和C^分別為實(shí)際反應(yīng)完的燃料與氧化劑質(zhì)量流量；v為 計(jì)算系數(shù)，規(guī)定a^i，v";"》l，v = 0;
步驟四、確定燃燒混合物溫度結(jié)合氣體狀態(tài)方程(4)式及(9)式確
定燃燒混合物溫度T;
步驟五、求出燃燒混合物焓值及平均分子量&:
結(jié)合物性分析軟件ASPEN得出燃燒混合物焓值及入口燃燒混合物平均分子
步驟六、求出燃燒室截面當(dāng)?shù)芈曀賔l及馬赫數(shù)M:
結(jié)合動(dòng)量方程(1)式、流量方程(3)式求出燃燒室截面當(dāng)?shù)芈曀偌榜R赫數(shù)； 步驟七、確定燃燒室壁面摩擦系數(shù)c,及沿流動(dòng)方向耗散力y。結(jié)合動(dòng)量方程(1)式、流量方程(3)式得出燃燒室壁面摩擦系數(shù)及沿流動(dòng)方向耗 散力；
步驟八、求出燃燒混合物流速w: 步驟九、求出燃燒室壁面熱流^: 步驟十、求出燃燒效率計(jì)算值;7:
結(jié)合能量方程(2)式及(6)至(8)式，得到燃燒效率計(jì)算式(24)式
7 =-=:-
fe。a"-'+grOOiir"cO "血,:^，a = 1) —g。av-'//。Cp。fc,7;c," = oo) —^a"i^(/^，7^,or = 0) (24)
其中燃燒室壁面熱流計(jì)算采用雷諾近似法
<formula>formula see original document page 15</formula>
(28)
其中，S(/)為雷諾相似參數(shù)；乂為恢復(fù)焓；i^為壁面氣體焓；^為燃燒 室壁面單位熱流；
步驟十一、判斷燃燒效率與初值是否相同
比較;7與給定初值77。是否相同，如果是，則執(zhí)行步驟十二；否則回到步驟 二，循環(huán)迭代，直至得到滿(mǎn)足精度要求的燃燒效率數(shù)值7; 步驟十二、結(jié)束。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式中在步驟六中，燃燒室截面當(dāng)?shù)芈曀偌榜R赫數(shù)計(jì)算采用平衡離解氣體法
Ad浙A(Afc,4," = 0) + g。fe"。(P。fc,4," = °°) + g"血AcO恥fc，4，" = i) (io)
、=3仏.
雙
(11)
4
1 —
1 +
他/^
(12)
亂
l + (
她Ac
3 In &
7;
(13)
(14)
《=lK (15) 其中，/4為燃燒室某一截面處燃燒混和物比焓；^為定壓比熱；c:為定容
比熱；k為比熱比；M為馬赫數(shù)；"為當(dāng)?shù)芈曀佟?br> 具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式在步驟七中，所述燃燒室壁面摩擦損失采用
平板無(wú)梯度紊流邊界層半經(jīng)驗(yàn)公式
0.242^//- --
+ -
arcsin
一 arcsin
<y = 1——11
:0.41 + lg(仏)-1g(&) (16)
(17)
(18)
(19)
(20)義。=^+義甲 (22) 戶(hù)耽+ A^《y + 一1)—疋/ & = &(Ac + Ac《) (23)
其中，^和々為計(jì)算過(guò)程中間量；j;為恢復(fù)溫度，r為恢復(fù)系數(shù)；z;為燃
燒室壁面溫度；i^為當(dāng)前坐標(biāo)下的雷諾數(shù)；^為壁面摩擦系數(shù)；^為燃油支 板氣動(dòng)阻力(可由冷態(tài)進(jìn)氣試驗(yàn)測(cè)定)；X為燃燒室壁面摩擦力；&為近壁
P 〃e
面動(dòng)力黏度與外部氣流動(dòng)力黏度之比，w為指數(shù)，w可由試驗(yàn)測(cè)定。
實(shí)施例參見(jiàn)圖l 5d所示，本發(fā)明提出的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率的 一維評(píng)價(jià)方法，其各計(jì)算思路如圖l所示。為得到沿室長(zhǎng)方向的參數(shù)分布情況， 將燃燒室沿室長(zhǎng)方向選取適當(dāng)計(jì)算長(zhǎng)度進(jìn)行分段計(jì)算，每一段的參數(shù)計(jì)算情況 如下
1、 通過(guò)試驗(yàn)或者數(shù)值模擬得到超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁面壓力分布情況， 根據(jù)物性分析軟件(ASPEN)建立燃燒室中各組分的分子量(S01)及焓值(S02) 數(shù)據(jù)庫(kù)， 建立分子量及焓值與壓力、溫度及混合物組成的函數(shù)關(guān)系^^,r^)及 //(;p,r,a)(各物理量意義如下述)；
2、 已知燃燒室入口總質(zhì)量流量和各成分所占分?jǐn)?shù)(由此可確定《，G。，；， "，^L， A,，各物理量意義如下所述)，利用燃燒效率與各組分質(zhì)量百分比 間的相互轉(zhuǎn)化，聯(lián)立動(dòng)量方程(S12)、能量方程(S04)、流量方程(S08)和 氣體狀態(tài)方程(S09)(分別為(1)至(4)式)構(gòu)成的基本方程組耦合求解，基本 方程如下示
<formula>formula see original document page 17</formula><formula>formula see original document page 18</formula>
其中，/為沖量；X。為燃燒室沿流動(dòng)方向耗散力；G,為總質(zhì)量流量；F為 面積，^為相對(duì)截面積<formula>formula see original document page 18</formula>為比焓函數(shù)，特別/^為燃燒
室入口總比烚(分段計(jì)算中為根據(jù)上一段計(jì)算所得熱動(dòng)參數(shù)，計(jì)算得到的該段 入口總比焓)；e為燃燒室壁面熱流；g為質(zhì)量分?jǐn)?shù)；M^:r,")為分子量函數(shù)；
i為氧化劑對(duì)燃料的化學(xué)當(dāng)量系數(shù)；a為氧化劑過(guò)氧系數(shù)，"=i， G和G 。r G人 f
分別為實(shí)際給定的燃料和氧化劑質(zhì)量流量；w為燃燒室內(nèi)工質(zhì)流速；及為通用
氣體常數(shù)；p為工質(zhì)密度；r表示靜溫(燃燒室混合物靜溫)；
其中，對(duì)腳標(biāo)的解釋"Ac"表示燃燒室某一截面處，"6X"表示入口截 面處，"C7。A"表示側(cè)壁，、"表示燃料層，"。"表示氧化劑層，表示 燃燒產(chǎn)物層，例如腳標(biāo)表示燃燒室某一截面處燃料層，變量"/4/表 示燃燒混合物平均分子量，i^為燃燒室某一截面處橫截面積；
計(jì)算得到燃燒效率及相關(guān)熱動(dòng)和氣動(dòng)參數(shù)，計(jì)算流程如圖1和圖2所示 (a)、給出燃燒效率初值;;。(燃燒效率定義如式(5))，確定燃燒室截面各 成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)((6)至(8)式)(S03)。結(jié)合氣體狀態(tài)方程((4)式)(S09)及(9) 式，確定入口燃燒混合物平均分子量(S05)及燃燒混合物溫度；<formula>formula see original document page 18</formula>+
(7)
(8)
(9)
其中，為實(shí)際反應(yīng)效率；^，為理論反應(yīng)效率；7為燃燒完全系數(shù)定義
的計(jì)算燃燒效率；《和5分別為燃料完全燃燒時(shí)，理論上應(yīng)反應(yīng)完的燃料和 氧化劑質(zhì)量流量；G^和G。。分別為實(shí)際反應(yīng)完的燃料與氧化劑質(zhì)量流量；v為 計(jì)算系數(shù)，規(guī)定"l,"l; "^1,"0;
(b)、結(jié)合動(dòng)量方程((l)式)(S12)，流量方程((3)式)(S08)，燃燒室 截面當(dāng)?shù)芈曀?S07)和馬赫數(shù)(S10)計(jì)算式((10)至(15)式)及燃燒室壁面 摩擦計(jì)算式((16)至(23)式)得到燃燒室混合物流速及燃燒室壁面摩擦系數(shù) (Sll);
(I )、燃燒室截面當(dāng)?shù)芈曀偌榜R赫數(shù)計(jì)算采用平衡離解氣體法
^、
、(々fc
(11)
7
他A,
l +
^k、
(12)
肌
〃fc
力一，
W，k
(13)
(14)Mfe,K (15) 其中，/^為燃燒室某一截面處燃燒混和物比焓；c^為定壓比熱；^為定 容比熱；t為比熱比；M為馬赫數(shù)；。為當(dāng)?shù)芈曀?；各腳標(biāo)含義如前述。
(II)、燃燒室壁面摩擦損失采用平板無(wú)梯度紊流邊界層的半經(jīng)驗(yàn)公式<formula>formula see original document page 20</formula>
(17)
(18)
(19)
(20)
(21)
(22)
(23)
其中，w和^為計(jì)算過(guò)程中間量；z;為恢復(fù)溫度，r為恢復(fù)系數(shù)；？；為燃 燒室壁面溫度；^為當(dāng)前坐標(biāo)下的雷諾數(shù)；c,為壁面摩擦系數(shù)；J^為燃油支
板氣動(dòng)阻力(可由冷態(tài)進(jìn)氣試驗(yàn)測(cè)定)；JTm為燃燒室壁面摩擦力；^為近壁
面動(dòng)力黏度與外部氣流動(dòng)力黏度之比，"為指數(shù)(可由試驗(yàn)測(cè)定)；
(c)、結(jié)合能量方程"2)式)(S04)及(6)至(8)式，得到燃燒效率計(jì)算式 ((24)式)，比較給定初值;;。，循環(huán)迭代，至得到滿(mǎn)足精度要求的燃燒效率數(shù)7 =
= i)—g。or'//。o。fc,rfc,fl; = < )—gr^//r(/7rfe,7;c，a = o) (24)
其中燃燒室壁面熱流(S13)計(jì)算采用雷諾近似法
e= J"《,m (25)
(26)
2
S(/) =-^- (27)
A《+4 咖 其中，S(/)為雷諾相似參數(shù)；^為恢復(fù)焓；/^為壁面氣體焓；^為燃燒 室壁面單位熱流。
通過(guò)各計(jì)算模塊循環(huán)迭代求解，最終可以得到滿(mǎn)足計(jì)算精度的燃燒室內(nèi)工 質(zhì)的燃燒效率、總溫、馬赫數(shù)及各成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)等參數(shù)，并通過(guò)分段計(jì)算，選 取適當(dāng)計(jì)算長(zhǎng)度，可以得到各所求參數(shù)沿室長(zhǎng)的分布情況。
3、計(jì)算結(jié)果利用燃燒室內(nèi)混合物各組分或熱動(dòng)、氣動(dòng)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，由 數(shù)值模擬值或?qū)嶒?yàn)測(cè)量值與模型計(jì)算值進(jìn)行比較。采用試驗(yàn)裝置為前部帶有面 積擴(kuò)壓管的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，其由燃料噴射器、冷卻水套、動(dòng)作筒、試 驗(yàn)段及測(cè)量裝置組成，試驗(yàn)用燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖如圖3。其中，燃燒室入口面 積0.0038w2，出口截面積0.0076 m2，采用氫為燃料，化學(xué)當(dāng)量系數(shù)、=34.2 。 氫燃料由聲速?lài)娮靽姵?，質(zhì)量流量21.1g";燃燒室入口來(lái)流為純空氣，質(zhì)量 流量1.4458^/s。燃燒室中氫-空氣燃燒試驗(yàn)的壓力測(cè)量值如圖4所示。用實(shí)驗(yàn)
測(cè)量值(見(jiàn)表l)驗(yàn)證如圖5，且由于一維評(píng)價(jià)方法應(yīng)用于強(qiáng)燃燒工況，因此選 取氣流相對(duì)均勻的流場(chǎng)部分(燃燒室后部)驗(yàn)證具有相當(dāng)?shù)目尚哦?。采用本方法，?jì)算得到的出口截面燃燒效率值與已知測(cè)量值比較，相對(duì)誤差為0.38%; 溫度相對(duì)誤差為O. 91%;馬赫數(shù)相對(duì)誤差為O. 18%。
表1試驗(yàn)測(cè)量燃燒室出口截面熱動(dòng)和氣動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)
位置(in， cm)w(ft/s， m/s)T(。及，K)Tt( ，K)」M7
35.00(88, 90)6476(1974)3934(2186)6813(3785)2. 170. 94
本發(fā)明中所有參數(shù)的單位均采用國(guó)際單位。
權(quán)利要求
1、一種超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率的一維評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述評(píng)價(jià)方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、確定燃燒室入口條件及壓力分布通過(guò)試驗(yàn)或者數(shù)值模擬得到超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁面壓力分布情況，根據(jù)物性分析軟件建立燃燒室中各組分的分子量及焓值數(shù)據(jù)庫(kù)，建立分子量及焓值與壓力、溫度及混合物組成的函數(shù)關(guān)系μ(p，T，α)及H(p，T，α)；已知燃燒室入口總質(zhì)量流量和各成分所占分?jǐn)?shù)，確定Gτ、Go、Loτ、α、HBX*和IBX，利用燃燒效率與各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)間的相互轉(zhuǎn)化，聯(lián)立動(dòng)量方程、能量方程、流量方程和氣體狀態(tài)方程構(gòu)成的基本方程組耦合求解，上述四個(gè)基本方程如(1)至(4)式所示<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>I</mi> <mi>BX</mi></msub><mo>+</mo><munder> <mo>&Integral;</mo> <msub><mi>F</mi><mi>&sigma;ok</mi> </msub></munder><msub> <mi>p</mi> <mi>kc</mi></msub><mi>d</mi><mover> <mi>F</mi> <mo>&RightArrow;</mo></mover><msub> <mrow><mo>-</mo><mi>X</mi> </mrow> <mi>o</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>I</mi> <mi>kc</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>G</mi> <mi>&Sigma;</mi></msub><msub> <mi>w</mi> <mi>kc</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>p</mi> <mi>kc</mi></msub><msub> <mi>F</mi> <mi>kc</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>H</mi> <mi>BX</mi> <mo>*</mo></msubsup><mo>-</mo><mfrac> <mi>Q</mi> <msub><mi>G</mi><mi>&Sigma;</mi> </msub></mfrac><mo>=</mo><msub> <mi>g</mi> <mi>&tau;kc</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>&tau;</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>p</mi><mi>&tau;kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub><mi>T</mi><mi>kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>g</mi> <mi>okc</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>o</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>p</mi><mi>okc</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub><mi>T</mi><mi>kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mo>&infin;</mo> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>g</mi> <mi>nckc</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>nc</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>p</mi><mi>nckc</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub><mi>T</mi><mi>kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <msubsup><mi>w</mi><mi>kc</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>&rho;</mi> <mi>BX</mi></msub><msub> <mi>w</mi> <mi>BX</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>&alpha;</mi><msub> <mi>L</mi> <mi>o&tau;</mi></msub> </mrow> <mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>&alpha;</mi><msub> <mi>L</mi> <mi>o&tau;</mi></msub> </mrow></mfrac><msub> <mi>&rho;</mi> <mi>kc</mi></msub><msub> <mi>w</mi> <mi>kc</mi></msub><msub> <mover><mi>F</mi><mo>&OverBar;</mo> </mover> <mi>kc</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>p</mi> <mi>kc</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>&rho;</mi> <mi>kc</mi></msub><mfrac> <mi>R</mi> <msub><mi>&mu;</mi><mi>kc</mi> </msub></mfrac><msub> <mi>T</mi> <mi>kc</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中，I為沖量；Xo為燃燒室沿流動(dòng)方向耗散力；G∑為總工質(zhì)質(zhì)量流量；F為面積，F(xiàn)kc為相對(duì)截面積，F(xiàn)kc＝Fkc/FBX；H(p，T，α)為比焓函數(shù)，特別HBX*為燃燒室入口總比焓；Q為燃燒室壁面熱流；g為質(zhì)量分?jǐn)?shù)；μ(p，T，α)為分子量函數(shù)；Loτ為氧化劑對(duì)燃料的化學(xué)當(dāng)量系數(shù)；α為氧化劑過(guò)氧系數(shù)<maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>&alpha;</mi><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>G</mi><mi>o</mi> </msub> <mrow><msub> <mi>G</mi> <mi>&tau;</mi></msub><msub> <mi>L</mi> <mi>o&tau;</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0005" file="A2009100719320002C5.tif" wi="19" he="10" top= "228" left = "161" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>Gτ和Go分別為實(shí)際給定的燃料和氧化劑質(zhì)量流量；w為燃燒室內(nèi)工質(zhì)流速；R為通用氣體常數(shù)；ρ為工質(zhì)密度；T表示靜溫；其中，對(duì)下腳標(biāo)的解釋“kc”表示燃燒室某一截面處，“BX”表示入口截面處，“σok”表示燃燒室側(cè)壁面，“τ”表示燃料層，“o”表示氧化劑層，“nc”表示燃燒產(chǎn)物層；腳標(biāo)“τkc”表示燃燒室某一截面處燃料層，變量“μkc”表示燃燒混合物平均分子量，F(xiàn)kc為燃燒室某一截面處橫截面積；步驟二、給出燃燒效率初值η0<maths id="math0006" num="0006" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>&eta;</mi><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>&eta;</mi><mi>npak</mi> </msub> <msub><mi>&eta;</mi><mi>meop</mi> </msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>G</mi><mi>&tau;cz</mi> </msub> <msub><mover> <mi>G</mi> <mo>&OverBar;</mo></mover><mi>&tau;</mi> </msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>G</mi><mi>ocz</mi> </msub> <msub><mover> <mi>G</mi> <mo>&OverBar;</mo></mover><mi>o</mi> </msub></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>步驟三、確定燃燒室截面各成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)g<maths id="math0007" num="0007" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>g</mi> <mi>&tau;kc</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>G</mi> <mi>&tau;</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>G</mi> <mi>&tau;cz</mi></msub> </mrow> <msub><mi>G</mi><mi>&Sigma;</mi> </msub></mfrac><mo>=</mo><msub> <mi>g</mi> <mi>&tau;</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub><mi>&eta;</mi><mn>0</mn> </msub> <msup><mi>&alpha;</mi><mi>v</mi> </msup> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0008" num="0008" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>g</mi> <mi>okc</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>G</mi> <mi>o</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>G</mi> <mi>ocz</mi></msub> </mrow> <msub><mi>G</mi><mi>&Sigma;</mi> </msub></mfrac><mo>=</mo><msub> <mi>g</mi> <mi>o</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub><mi>&eta;</mi><mn>0</mn> </msub> <msup><mi>&alpha;</mi><mrow> <mi>v</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msup> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0009" num="0009" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>g</mi> <mi>nckc</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>G</mi> <mi>&tau;cz</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>G</mi> <mi>ocz</mi></msub> </mrow> <msub><mi>G</mi><mi>&Sigma;</mi> </msub></mfrac><mo>=</mo><msub> <mi>&eta;</mi> <mn>0</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>g</mi><mi>&tau;</mi> </msub> <msup><mi>&alpha;</mi><mi>v</mi> </msup> <mo>+</mo> <msub><mi>g</mi><mi>o</mi> </msub> <msup><mi>&alpha;</mi><mrow> <mi>v</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msup> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0010" num="0010" ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <mn>1</mn> <msub><mi>&mu;</mi><mi>kc</mi> </msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>g</mi><mi>&tau;kc</mi> </msub> <mrow><msub> <mi>&mu;</mi> <mi>&tau;kc</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>p</mi><mi>&tau;kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub><mi>T</mi><mi>kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <msub><mi>g</mi><mi>okc</mi> </msub> <mrow><msub> <mi>&mu;</mi> <mi>okc</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>p</mi><mi>okc</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub><mi>T</mi><mi>kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mo>&infin;</mo> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <msub><mi>g</mi><mi>nckc</mi> </msub> <mrow><msub> <mi>&mu;</mi> <mi>nckc</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>p</mi><mi>nckc</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub><mi>T</mi><mi>kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>9</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中，ηnpak為實(shí)際反應(yīng)效率；ηmeop為理論反應(yīng)效率；η為燃燒完全系數(shù)定義的計(jì)算燃燒效率；Gτ和Go分別為燃料完全燃燒時(shí)，理論上應(yīng)反應(yīng)完的燃料和氧化劑質(zhì)量流量；Gτcz和Gocz分別為實(shí)際反應(yīng)完的燃料與氧化劑質(zhì)量流量；v為計(jì)算系數(shù)，規(guī)定α≤1，v＝1；α≥1，v＝0；步驟四、確定燃燒混合物溫度結(jié)合氣體狀態(tài)方程(4)式及(9)式確定燃燒混合物溫度T；步驟五、求出燃燒混合物焓值及平均分子量μkc結(jié)合物性分析軟件ASPEN得出燃燒混合物焓值及入口燃燒混合物平均分子量；步驟六、求出燃燒室截面當(dāng)?shù)芈曀賏及馬赫數(shù)M結(jié)合動(dòng)量方程(1)式、流量方程(3)式求出燃燒室截面當(dāng)?shù)芈曀偌榜R赫數(shù)；步驟七、確定燃燒室壁面摩擦系數(shù)cf及沿流動(dòng)方向耗散力Xo結(jié)合動(dòng)量方程(1)式、流量方程(3)式得出燃燒室壁面摩擦系數(shù)及沿流動(dòng)方向耗散力；步驟八、求出燃燒混合物流速w步驟九、求出燃燒室壁面熱流qw步驟十、求出燃燒效率計(jì)算值η結(jié)合能量方程(2)式及(6)至(8)式，得到燃燒效率計(jì)算式(24)式<maths id="math0011" num="0011" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>&eta;</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>H</mi> <mi>BX</mi> <mo>*</mo></msubsup><mo>-</mo><mfrac> <mi>Q</mi> <msub><mi>G</mi><mi>&Sigma;</mi> </msub></mfrac><mo>-</mo><msub> <mi>g</mi> <mi>o</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>o</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>p</mi><mi>okc</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub><mi>T</mi><mi>kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mo>&infin;</mo> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>g</mi> <mi>&tau;</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>&tau;</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>p</mi><mi>&tau;kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub><mi>T</mi><mi>kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac> <msubsup><mi>w</mi><mi>kc</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mn>2</mn></mfrac> </mrow> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>g</mi><mi>o</mi> </msub> <msup><mi>&alpha;</mi><mrow> <mi>v</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msup> <mo>+</mo> <msub><mi>g</mi><mi>&tau;</mi> </msub> <msup><mi>&alpha;</mi><mi>v</mi> </msup> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>nc</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>p</mi><mi>nckc</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub><mi>T</mi><mi>kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>g</mi> <mi>o</mi></msub><msup> <mi>&alpha;</mi> <mrow><mi>v</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><msub> <mi>H</mi> <mi>o</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>p</mi><mi>okc</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub><mi>T</mi><mi>kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mo>&infin;</mo> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>g</mi> <mi>&tau;</mi></msub><msup> <mi>&alpha;</mi> <mi>v</mi></msup><msub> <mi>H</mi> <mi>&tau;</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>p</mi><mi>&tau;kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub><mi>T</mi><mi>kc</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>24</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中燃燒室壁面熱流計(jì)算采用雷諾近似法<maths id="math0012" num="0012" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>Q</mi><mo>=</mo><munder> <mo>&Integral;</mo> <msub><mi>F</mi><mi>&sigma;ok</mi> </msub></munder><msub> <mi>q</mi> <mi>w</mi></msub><mi>d</mi><msub> <mi>F</mi> <mi>&sigma;ok</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>25</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0013" num="0013" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>q</mi> <mi>w</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>c</mi><mi>f</mi> </msub> <mn>2</mn></mfrac><msub> <mi>&rho;</mi> <mi>kc</mi></msub><msub> <mi>w</mi> <mi>kc</mi></msub><mi>S</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>I</mi> <mo>)</mo></mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>H</mi><mi>r</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>H</mi><mi>w</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>26</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0014" num="0014" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>S</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>I</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><msub> <mi>q</mi> <mi>w</mi></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>c</mi> <mi>f</mi></msub><msub> <mi>&rho;</mi> <mi>kc</mi></msub><msub> <mi>w</mi> <mi>kc</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>H</mi><mi>r</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>H</mi><mi>w</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>27</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0015" num="0015" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>r</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>H</mi> <mi>kc</mi></msub><mo>+</mo><mi>r</mi><mfrac> <msubsup><mi>w</mi><mi>kc</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>28</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中，S(I)為雷諾相似參數(shù)；Hr為恢復(fù)焓；Hw為壁面氣體焓；qw為燃燒室壁面單位熱流；步驟十一、判斷燃燒效率與初值是否相同比較η與給定初值η0是否相同，如果是，則執(zhí)行步驟十二；否則回到步驟二，循環(huán)迭代，直至得到滿(mǎn)足精度要求的燃燒效率數(shù)值η；步驟十二、結(jié)束。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率的一維評(píng)價(jià)方法，其 特征在于步驟六中，燃燒室截面當(dāng)?shù)芈曀偌榜R赫數(shù)計(jì)算采用平衡離解氣體法Hfc=g*"rO^,4," = o) + g。fc"。0。fc,71,《=°°)+g"血仏cCp"血,4," = i) (10)<formula>formula see original document page 5</formula>《=wfc/"fe (15) 其中，/^為燃燒室某一截面處燃燒混和物比焓；^為定壓比熱；^為定容比熱；；t為比熱比；M為馬赫數(shù)；"為當(dāng)?shù)芈曀佟?br> 3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率的一維評(píng)價(jià)方法，其 特征在于步驟七中，燃燒室壁面摩擦損失采用平板無(wú)梯度紊流邊界層的半經(jīng)驗(yàn)公式:<formula>formula see original document page 5</formula>(17)7>4" + ^《) (18) = 1 (19)(20)&。》 Z^=^+Im/7 (22) P股+ ~《+ — 1) 一 Z。 / & = & (Ac +化《) (23)其中，w和-為計(jì)算過(guò)程中間量；7;為恢復(fù)溫度，r為恢復(fù)系數(shù)；j;為燃 燒室壁面溫度；i^為當(dāng)前坐標(biāo)下的雷諾數(shù)；q為壁面摩擦系數(shù)；X為燃油支板氣動(dòng)阻力；J^p為燃燒室壁面摩擦力；^為近壁面動(dòng)力黏度與外部氣流動(dòng)力 黏度之比，w為指數(shù)，"由試驗(yàn)測(cè)定。
全文摘要
超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率的一維評(píng)價(jià)方法，它涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率的評(píng)價(jià)方法。本方法實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒工況經(jīng)濟(jì)性能的快速評(píng)估；并擴(kuò)大現(xiàn)有一維評(píng)價(jià)方法的適用范圍并使之具有普適性。本方法的主要步驟為確定入口條件及壓力分布、給出燃燒效率初值η₀、確定燃燒室截面各成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)g、確定燃燒混合物溫度T_kc、求出燃燒混合物焓值H_kc及平均分子量μ_kc、求出燃燒室截面當(dāng)?shù)芈曀賏及馬赫數(shù)M、確定燃燒室壁面摩擦系數(shù)c_f及沿流動(dòng)方向耗散力X_o、求出燃燒混合物流速w、燃燒室壁面熱流q_w、燃燒效率計(jì)算值η、判斷燃燒效率與初值是否相同。應(yīng)用本方法可以對(duì)超聲速燃燒效率及相關(guān)熱動(dòng)和氣動(dòng)參數(shù)進(jìn)行快速分析，并最終得到燃燒效率及相關(guān)參數(shù)沿燃燒室軸向的一維分布規(guī)律。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101539480SQ20091007193
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者濤 崔, 李文靜, 文 鮑 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)