3股互击式喷注器混合特性的数值模拟

靳冬欢; 刘文广; 陆启生

doi:10.3969/j.issn.1001-3806.2011.02.024

高级检索

ISSN 1001-3806CN 51-1125/TN 网站地图

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

3股互击式喷注器混合特性的数值模拟

靳冬欢 , 刘文广 , 陆启生

文章导航 > 激光技术 > 2011 > 35(2): 230-233,263

引用本文:

Citation:

3股互击式喷注器混合特性的数值模拟

1.
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 长沙, 410073

作者简介: 靳冬欢(1981- ),男,博士研究生,从事化学激光器技术的研究.E-mail:jinboyiyi@163.com.

中图分类号: TN248.5;O354.2

Numerical study of mixing characteristics of triplet impingement injectors

1.
College of Opto-Electronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
CLC number: TN248.5;O354.2

摘要: 为了获得更好的混合效果,将3股互击式喷注器中间的喷注孔与两侧的喷注孔进行异型设计,改为直孔与锥形孔的组合,得到两种新型结构的3股互击式喷注器。应用计算流体力学方法,在"燃料-氧化剂-燃料"组合条件下,对上述两种结构及全直孔式喷注器的流场进行了3维的数值模拟。互击式喷注器主要通过横向旋涡驱动来实现快速混合;氧化剂喷注采用锥形孔后,旋涡强度偏低,而燃料喷注采用锥形孔后,旋涡强度则有所提高。选取质量加权平均的未混合度作为评价参量,比较了3种不同喷注器结构的混合效果,发现燃料喷注采用锥形孔的3股互击式喷注器混合效果最好,全直孔式居中,氧化剂喷注采用锥形孔的最差。结果表明,对化学激光器燃烧室喷注器的设计而言,可考虑对两种喷注孔进行异型设计,如将燃料喷注改用锥形孔,以便进一步改善混合效果。
- 激光器 /
- 3股互击式喷注器 /
- 数值模拟 /
- 未混合度 /
- 直孔 /
- 锥形孔
Abstract: In order to enhance mixing effect,two novel styles of triplet impingement injectors were presented by changing middle jet orifice or the other two jet orifices into cone-shaped orifices.Flow field characteristics of above-mentioned two kinds of injectors and traditional injectors with triple straight-wall jet orifices under conditions of fuel-oxidizer-fuel triplet arrangement were analyzed based on 3-D computational fluid dynamic methods.The numerical simulation results demonstrate that mixing of triplet impingement injectors is principally accelerated by transverse vortices.For the injector with cone-shaped oxidizer jet orifice,the vertex intensity of flow field is lower than that of the injector with triple straight-wall jet orifices.For the injector with cone-shaped fuel jet orifices,there is a definite increase of the vertex intensity of flow field.Mass-weighted average unmixedness was introduced to evaluate the mixing performances of three kinds of injectors.It is indicated that the mixing effect of injector with cone-shaped fuel jet orifices is better than that of injector with triple straight-wall jet orifices and the injector with cone-shaped oxidizer jet orifice is the worst of three.For injector design of chemical laser combustors,oxidizer and fuel jet orifices adopt different styles,for example,the injector with cone-shaped fuel jet orifices,which helps improve mixing effect of oxidizer flow and fuel flow further.
- lasers /
- triplet impingement injector /
- numerical simulation /
- unmixedness /
- straight wall orifice /
- cone-shaped orifice

[1]	GROSS R W F,BOTT J F.Handbook of chemical lasers[M].Beijing:Science Press,1987:260(in Chinese).
[2]	LIU W G.Study on the cylindrical continuous wave HF chemical high energy lasers[D].Changsha:National University of Defense Technology,2004:62(in Chinese).
[3]	FEDOROV I A.CW chemical HF/DF laser[M].Changsha:National University of Defense Technology Press,2010:35(in Chinese).
[4]	HUZEL D K.Modern engineering for design of liquid-propellant rocket engines[M].Beijing:China Astronautic Publishing House,2004:129-142(in Chinese).
[5]	YAN B Zh.Study on base-ejecting continuous wave DF/HF chemical lasers[D].Changsha:National University of Defense Technology,2009:96(in Chinese).
[6]	DUNCAN W A,PATTERSON S P,GRAVES B R,et al.Overtone research advanced chemical laser module design[J].Proceedings of SPIE,1994,2119:47-58.
[7]	SALTER G R,BROWN C H,DRISCOLL R J,et al.Chemical laser advanced diffuser ejector[R].Buffalo:Bell Aerospace Textron,1978:1-204.
[8]	TSIEN H S.Phsical mechanics tcaehing materials[M].Shanghai:Shanghai Jiaotong University Press,2007:238-248 (in Chinese).
[9]	WANG F J.CFD analysis--principles and applications of CFD software[M].Beijing:Tsinghua Universtiy Press,2004:126(in Chinese).
[10]	ZHANG L,YE Zh Y,WANG G.Numerical simulation of COIL injection[J].Laser Technology,2007,31 (4):344-347 (in Chinese).
[11]	BAIN D B,SMITH C E,HOLDEMAN J D.CFD mixing analysis of jets injected from straight and slanted slots into confined cressflow in rectangular ducts[C]//28th Jonit Propulsion Conference and Exhibit.Nashville:AIAA,1992:1-29.
[12]	TONG B G,Y1N X Y,ZHU K Q.Theory of vortex movement[M].Hefei:University of Science and Technology of China Press,2009:57-59(in Chinese).

[1]	郭嘉伟 , 李彤 , 牛瑞华 , 薛亮平 , 李燕凌 , 王宏元 . Cr,Tm,Ho:YAG激光器温度特性的数值分析. 激光技术, 2011, 35(6): 761-764. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.010
[2]	李发丹 , 尚卫东 , 孙建国 , 郭占斌 , 冯光 , 周晓军 , 秦祖军 . 6阶掺锗级联喇曼光纤激光器的数值模拟及分析. 激光技术, 2009, 33(4): 413-415,418. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.04.023
[3]	熊吉川 , 兰戈 , 万勇 . Cr4+：YAG被动调Q激光器脉冲波形数值模拟及优化. 激光技术, 2008, 32(4): 430-433.
[4]	夏晶 , 蒋国保 , 赵楚军 . 高吸收调制下掺铥锁模光纤激光器的数值研究. 激光技术, 2016, 40(4): 571-575. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.04.024
[5]	董淑福 , 陈国夫 , 赵尚弘 , 郑光威 , 李玉江 . 1180nm激光抽运Tm, Ho石英光纤激光器理论研究. 激光技术, 2006, 30(2): 138-141.
[6]	董淑福 , 陈国夫 , 赵尚弘 , 沈华 , 王屹山 . 高功率多模铒镱共掺双包层光纤激光器的研究. 激光技术, 2006, 30(4): 366-369.
[7]	王灿召 , 李丽 , 尚卫东 , 孙建国 , 郭占斌 , 李忠华 . 正分支共焦非稳腔的脉冲固体激光器研究. 激光技术, 2013, 37(4): 441-444. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.04.006
[8]	李俊杰 , 李波 , 王又青 . 大流量轴快流CO2激光器放电管的对比分析. 激光技术, 2015, 39(3): 308-311. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.03.005
[9]	赵恒 , 李波 , 胡友友 , 王炜 , 王振 . 高功率轴快流CO₂激光器激励源热沉结构优化设计. 激光技术, 2017, 41(4): 566-572. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.04.022
[10]	李晴 , 王又青 , 黄鸿雁 . 轴快流CO2激光器放电管结构的研究和设计. 激光技术, 2010, 34(4): 525-528. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.04.025
[11]	李小芬 , 左都罗 , 程祖海 . 紫外预电离TEA CO2激光器放电过程的数值模拟. 激光技术, 2004, 28(5): 476-479.
[12]	许伯强 , 刘洪凯 , 徐桂东 , 徐晨光 , 李俊敏 . 基于应力-位移混合有限元法的激光超声数值模拟. 激光技术, 2014, 38(2): 230-235. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.02.018
[13]	代保江 , 陈烽 , 张东石 , 杜广庆 , 孟祥卫 . 飞秒激光制备波导型光合波器的数值模拟. 激光技术, 2012, 36(2): 251-254,264. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.02.029
[14]	韦俊尤 , 胡晓冬 , 姚建华 . 激光熔覆沸腾式送粉器气固两相流数值模拟研究. 激光技术, 2012, 36(6): 719-723. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.002
[15]	李明海 , 柳爱国 , 宋耀祖 . 激光放大介质温度场和热应力场的数值模拟. 激光技术, 2002, 26(2): 86-89.
[16]	胡志 , 王又青 , 刘顺 , 卢丽娟 , 李波 . 脉冲TEA CO2激光器输出模拟. 激光技术, 2015, 39(4): 566-570. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.04.031
[17]	叶鸿伟 , 周建忠 , 黄舒 , 杨小东 , 戴亚春 , 黄娟 . 激光喷丸强化CT试样疲劳裂纹扩展的数值研究. 激光技术, 2010, 34(4): 482-485. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.04.014
[18]	刘顺洪 , 吉巧杰 , 扬晶 . 钢管激光弯曲成形的数值模拟. 激光技术, 2006, 30(4): 355-359.
[19]	刘顺洪 , 万鹏腾 , 杨晶 . 激光弯曲成形数值模拟的研究进展. 激光技术, 2002, 26(3): 161-164.
[20]	刘子昂 , 石伟 , 汪诚 . 激光冲击强化残余应力的数值模拟研究. 激光技术, 2017, 41(1): 1-5. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.01.001

点击查看大图

计量

文章访问数: 3927
HTML全文浏览量: 517
PDF下载量: 616
被引次数: 0

3股互击式喷注器混合特性的数值模拟

作者简介: 靳冬欢(1981- ),男,博士研究生,从事化学激光器技术的研究.E-mail:jinboyiyi@163.com

1. 国防科学技术大学光电科学与工程学院, 长沙, 410073

收稿日期: 2010-06-08
录用日期: 2010-07-05
网络出版日期: 2011-03-25

关键词:

摘要: 为了获得更好的混合效果,将3股互击式喷注器中间的喷注孔与两侧的喷注孔进行异型设计,改为直孔与锥形孔的组合,得到两种新型结构的3股互击式喷注器。应用计算流体力学方法,在"燃料-氧化剂-燃料"组合条件下,对上述两种结构及全直孔式喷注器的流场进行了3维的数值模拟。互击式喷注器主要通过横向旋涡驱动来实现快速混合;氧化剂喷注采用锥形孔后,旋涡强度偏低,而燃料喷注采用锥形孔后,旋涡强度则有所提高。选取质量加权平均的未混合度作为评价参量,比较了3种不同喷注器结构的混合效果,发现燃料喷注采用锥形孔的3股互击式喷注器混合效果最好,全直孔式居中,氧化剂喷注采用锥形孔的最差。结果表明,对化学激光器燃烧室喷注器的设计而言,可考虑对两种喷注孔进行异型设计,如将燃料喷注改用锥形孔,以便进一步改善混合效果。