スクラムジェット燃焼器内の燃焼形態と壁面熱流束に関する研究

超燃冲压发动机燃烧室燃烧方式及壁面热流密度研究

• 批准号: 13750841
• 负责人: 高橋 周平
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750841/
• 关键词: スクラムジェット; 壁面熱流束; 燃焼; 保炎; 衝撃波; 炭化水素系燃焼; スクラムジェット; 壁面熱流束; 燃焼; 保炎; 衝撃波; 炭化水素系燃焼

壁面熱流束の解析結果より,燃焼器内での燃焼形態は衝撃波の有無により大きく変化することが確認された.水素を燃料として用いた場合,燃焼器内における発熱量が小さい場合には,燃料は壁面近傍の高温境界層内で燃焼する弱燃焼モードを,発熱量が比較的大きい場合には衝撃波を発生させ,その背後で急速に燃焼が行われる強燃焼モードが達成された.強燃焼モードが達成される条件においては,ステップ近傍に大規模な再循環領域が形成され,これが保炎領域として機能していた.つまり,衝撃波をうまく利用して大きな還流域を形成することで,水素に比べて反応性の劣る燃料を利用できる可能性がある.ケロシンに代表される炭化水素系燃料は液体水素と比較して,反応速度は小さいが,単位体積当たりの発熱量が大きく,飛翔体の燃料として有利である.そこで,本年度は燃料としてケロシン,メタン,水素を用いてこれらの燃焼挙動を比較した.その結果,炭化水素系燃料の燃焼特性として以下の知見を得た.炭化水素系燃料を用いた場合,水素を比べ着火限界は大きく劣り,主流総温2000K以下では着火・保炎は確認されなかった.また,弱燃焼モードに相当する燃焼モードが存在せず,衝撃波の存在なしでは保炎は不可能であった.しかしながら,衝撃波を発生させることで強燃焼モードでの保炎が可能である.また,強燃焼モードにおいても,炭化水素系燃料を利用した場合は,水素を利用した場合と比較して圧力上昇がなだらかであり,また衝撃波位置が系のヘルムホルツ振動数に近い振動数で大きく振動する.この性質は擬似衝撃波などで見られる現象であり,このことから炭化水素を用いた場合は,水素を用いた場合と異なり,燃料が比較的発達した衝撃は構造を通過しながら次第に燃焼していることが予想された.よって,炭化水素形燃料を用いた場合は,燃焼領域が噴射口位置の比較的下流に位置することが考えられる.この結果はISABE2003で発表予定である.

壁热通量的分析结果证实，燃烧器内的燃烧模式会大大变化，具体取决于存在或不存在冲击波。当将氢用作燃料时，当燃烧器中产生的热量很小时，燃料在墙壁附近的高温边界层中燃烧，当墙壁中产生的热量相对较大时，实现了强大的燃烧模式，其中燃烧模式在其后面迅速进行。在实现强燃烧模式的条件下，在步骤附近形成了一个较大的再循环区域，并且该区域起着火焰饲养区域的作用。换句话说，通过有效使用冲击波形成大型回流区域，可以利用比氢反应性的燃料。碳基燃料（例如煤油）的反应速率较小，但单位体积的热量产生较大，使它们成为飞行物体的燃料。因此，在今年，煤油，甲烷和氢被用作燃料。结果，碳氢化合物燃料的燃烧特性如下。获得了以下发现。当使用碳氢化合物的燃料时，点火限量明显低于氢，并且在2000k以下的总主流温度下，没有确认点火或火焰固定。此外，没有等同于弱燃烧模式的燃烧模式，如果没有冲击波，则不可能持火。但是，通过产生冲击波，可以保持强烈的燃烧模式。此外，即使在强燃烧模式下，当使用碳氢化合物的燃料时，压力上升比使用氢时的压力更光滑。冲击波位置在接近系统的Helmholtz频率的频率下也很大。该特性是在伪震波等中看到的一种现象，因此可以预测，当使用碳氢化合物时，燃料的相对发展的影响逐渐燃烧，同时通过结构。因此，当使用碳氢化合物燃料时，燃烧区可能是注射端口位置的下游。该结果定于2003年伊莎贝（Isabe）宣布。