火焰稳定器相对参数对水冲压发动机燃烧及其内流场的影响

李尚中; 向敏; 杨希祥; 谢泽阳; 张为华

doi:10.13224/j.cnki.jasp.20200491

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火焰稳定器相对参数对水冲压发动机燃烧及其内流场的影响

火箭发动机 | 更新时间：2025-04-07

- 火焰稳定器相对参数对水冲压发动机燃烧及其内流场的影响
- Effect of flame stabilizer relative parameters on combustion and flow field in water ramjet
- 航空动力学报 2021年36卷第10期页码：2230-2240
- 作者机构：
  
  国防科技大学空天科学学院，长沙 410073
- 作者简介：
  
  李尚中（1996-），男，硕士生，研究领域为水冲压发动机技术。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(51776221)
- DOI：10.13224/j.cnki.jasp.20200491
  中图分类号：
- 稿件说明：
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李尚中, 向敏, 杨希祥, 等. 火焰稳定器相对参数对水冲压发动机燃烧及其内流场的影响[J]. 航空动力学报, 2021,36(10):2230-2240.

Shangzhong LI, Min XIANG, Xixiang YANG, et al. Effect of flame stabilizer relative parameters on combustion and flow field in water ramjet[J]. Journal of Aerospace Power, 2021, 36(10): 2230-2240.
李尚中, 向敏, 杨希祥, 等. 火焰稳定器相对参数对水冲压发动机燃烧及其内流场的影响[J]. 航空动力学报, 2021,36(10):2230-2240. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20200491.

Shangzhong LI, Min XIANG, Xixiang YANG, et al. Effect of flame stabilizer relative parameters on combustion and flow field in water ramjet[J]. Journal of Aerospace Power, 2021, 36(10): 2230-2240. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20200491.

摘要

在水冲压发动机燃烧室中设置钝体火焰稳定器，可使部分已燃高温燃烧产物在火焰稳定器后部的回流区内不断点燃新鲜的可燃混合物，从而实现稳定高效燃烧。通过改变火焰稳定器相对金属燃料入口高度及相对一次进水位置，对比分析了相对入口高度和相对一次进水位置两种不同相对参数对于燃烧室内掺混、燃烧以及火焰稳定效果的影响。结果表明：当相对高度

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时，燃烧火焰无法稳定在回流区。当火焰稳定器相对位置不变时，在一定范围内，随着相对高度

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减小，火焰稳定效果增加，且存在较优的相对高度(

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)使燃烧室内的掺混效率和火焰稳定效果较好。当保持相对高度

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不变的情况下，综合考虑火焰稳定效果、铝/水掺混效率以及发动机工作性能，

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是较为理想的火焰稳定器相对位置。

Abstract

When the blunt body flame stabilizer installed in the combustion chamber，part of the burnt high⁃temperature combustion products can ignite fresh combustible mixture in the recirculation zone at the rear of the flame stabilizer so that the stable and efficient combustion can be achieved.By changing the flame stabilizer relative metal fuel inlet height and relative primary water inlet position，the effects of two different relative parameters：relative metal fuel inlet height and relative primary water inlet position，on mixing，combustion and flame stability in the combustion chamber were compared and analyzed. The results showed that when the relative metal fuel inlet height

was greater than 1，the combustion flame cannot be stabilized in the recirculation zone.When the relative position of flame stabilizer was fixed，the flame stabilization effect increased with the decrease of relative metal fuel inlet height in a certain range.Furthermore，there was superior relative metal fuel inlet height （

=1），which made the mixing efficiency and flame stability better in the combustion chamber.When the relative metal fuel inlet height

=1 was kept unchanged，considering the flame stability，aluminum/water mixing efficiency and engine performance synthetically，

=0.5 was the ideal relative position of flame stabilizer.

关键词

Keywords

references

高明 . 镁/铝基水反应金属燃料推进剂燃烧性能研究 [D]. 北京：北京理工大学 , 2015 .

GAO Ming . Study on combustion of magnesium⁃aluminum alloy hydro⁃reactive fuel propellant used for water ramjet [D]. Beijing : Beijing Institute of Technology , 2015 . （in Chinese）

VASILEV A V , GORBUNOV V V , SHIDLOVSKII A A ， et al . The effect of certain additives on critical diameter and combustion rates of mixtures of aluminum with gelled water [R]. Charlottesville,Virginia,US : Army Foreign Science and Technology Center，AD/A⁃000 210 ， 1974 ．

郑邯勇 , 王永昌 . 铝水反应机理的试验研究与分析 [J]. 舰船科学技术 , 2005 ， 27 （ 3 ）: 81 ⁃ 83 .

ZHENG Hanyong , WANG Yongchang . Experimental study of aluminum⁃water reaction mechanism [J]. Ship Science and Technology ， 2005 ， 27 （ 3 ）: 81 ⁃ 83 . （in Chinese）

MILLER T F ， HERR G D . Green rocket propulsion by reaction of Al and Mg powders and water [R]. AIAA⁃2004⁃4037 , 2004 ．

孙展鹏 , 乐发仁 . 铝/水反应机理初探 [J]. 化学推进剂与高分子材料 , 2006 ， 4 （ 2 ）: 37 ⁃ 39 .

SUN Zhanpeng , YUE Faren . Reaction mechanism of aluminum/water [J]. Chemical Propellants and Polymeric Materials , 2006 ， 4 （ 2 ）: 37 ⁃ 39 . （in Chinese）

GAUTHAM M G ， RAMAKRISHNA P A . Propulsive performance of mechanically activated aluminum⁃water gelled composite propellant [J]. Journal of Propulsion and Power , 2020 , 36 （ 2 ）: 294 ⁃ 301 .

MILLER T F , WALTER J L , KIELY D H , et al . A next⁃generation AUV energy system based on aluminum⁃seawater combustion [EB/OL].[ 2020⁃11⁃01 ]. https:∥ieeexplore.ieee.org/document/1177213.20200808 https://ieeexplore.ieee.org/document/1177213.20200808 .

CHEN Xianhe , XIA Zhixun , HUANG Liya , et al . Numerical simulation of a vortex combustor based on aluminum and steam [J]. Energies , 2016 , 9 （ 12 ）: 1072 ⁃ 1088 .

CHEN X , XIA Z , HUANG L , et al . Experimental and numerical simulation of new aluminum and steam vortex combustor [EB/OL].[ 2020⁃11⁃01 ]. https:∥pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.energyfuels.7b03412.20200821 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.energyfuels.7b03412.20200821 .

陈显河 . 铝/水燃烧水下动力系统及其燃烧组织技术研究 [D]. 长沙：国防科技大学 , 2018 .

CHEN Xianhe . Research on the underwater propulsion system and combustion technology based on aluminum and water combustion [D]. Changsha : National University of Defense Technology , 2018 . （in Chinese）

常浩 , 许诺 , 郑磊 , 等 . 铝基金属燃料水冲压发动机内流场数值模拟 [J]. 武汉大学学报（工学版） , 2021 , 54 （ 2 ）: 144 ⁃ 148 .

CHANG Hao , XU Nuo , ZHENG Lei , et al . Numerical simulation of internal flow field in an aluminum⁃based metal⁃fuel water ramjet engine [J]. Engineering Journal of Wuhan University , 2021 , 54 （ 2 ）: 144 ⁃ 148 . （in Chinese）

徐旭常 , 周力行 . 燃烧技术手册 [M]. 北京 : 化学工业出版社 , 2008 .

缪万波 , 夏智勋 , 胡建新 , 等 . 金属/水反应冲压发动机内流场数值模拟 [J]. 推进技术 , 2007 , 28 （ 2 ）: 186 ⁃ 190 .

MIAO Wanbo , XIA Zhixun , HU Jianxin , et al . Numerical computation of two phase flow combustion in the water ramjet [J]. Journal of Propulsion Technology ， 2007 , 28 （ 2 ）: 186 ⁃ 190 . （in Chinese）

MAGNUSSEN B F . On the structure of turbulence and a generalized eddy dissipation concept for chemical reactions in turbulent flow [R]. AIAA 81⁃37570 ， 1981 .

PARENTE A , MALIK M R , CONTINO F , et al . Extension of the eddy dissipation concept for turbulence/chemistry interactions to MILD combustion [J]. Fuel , 2016 , 163 （ 1 ）: 98 ⁃ 111 .

KUEHL D K . Ignition and combustion of aluminum and beryllium [J]. AIAA Journal , 1965 , 3 （ 12 ）: 2239 ⁃ 2247 .

LEFEBVRE A H . Atomization and sprays [M]. Boca Raton,US : CRC Press of Taylor and Francis Group , 2017 .

韩超 , 夏智勋 , 胡建新 , 等 . 水燃比对水冲压发动机性能影响数值模拟与试验研究 [J]. 国防科技大学学报 , 2009 ， 31 （ 4 ）： 117 ⁃ 121 .

HAN Chao , XIA Zhixun , HU Jianxin , et al . Numerical and experiment studies on water ramjet with effect of water⁃fuel ratio [J]. Journal of National University of Defense Technology , 2009 , 31 （ 4 ）: 117 ⁃ 121 . (in Chinese)

刘明远 . 基于铝水反应的混合动力系统流场仿真与性能分析 [D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学， 2019 .

LIU Mingyuan . Numerical simulation of flow field and performance research of hybrid propulsion system based on aluminum⁃water combustion [D]. Harbin : Harbin Engineering University , 2019 . （in Chinese）

万俊 . 铝/水反应特性及热动力学研究 [D]. 武汉：华中科技大学 , 2012 .

WAN Jun . Study on reaction characteristics and thermokinetic analysis of aluminum and water [D]. Wuhan : Huazhong University of Science and Technology , 2012 . （in Chinese）

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