Численное моделирование взаимодействия системы выдуваемых струй аргона со сверхзвуковым потоком


Авторы

Сназин А. А., Шевченко В. И.*

Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, Санкт-Петербург, Россия

*e-mail: vka@mil.ru

Аннотация

Поиск оптимальных методов взаимодействия со сверхзвуковыми потоками с помощью выдуваемых газовых струй - важное и актуальное направление, которому сейчас уделяется большое внимание. В данной работе проведено подробное исследование взаимного влияния системы выдуваемых струй аргона с набегающим сверхзвуковым потоком в расчетной области с уступом и без. Варьировался угол схождения и расхождения выдуваемых струй аргона с целью исследования его влияния на эффективность перемешивания аргона со сверхзвуковым потоком в расчетной области. Полученные результаты показывают, что добавление уступа на верхнюю стенку расчетной области при максимальном угле расхождения α = -30° позволяет стабилизировать площадь проходного сечения, занимаемую аргоном таким образом, что она не меняется на протяжении всей длины до выхода из расчетной области и равна Δ ≈ 33%, что показывает лучшую эффективность перемешивания аргона со сверхзвуковым потоком.

Ключевые слова:

выдув струи газа, сверхзвуковой поток, адаптация сетки, скачки уплотнения

Библиографический список

  1. Qili Liu, Damiano Baccarella, Tonghun Lee. Review of combustion stabilization for hypersonic airbreathing propulsion // Progress in Aerospace Sciences, 2020, vol. 119, pp. 100636. DOI: 10.1016/j.paerosci.2020.100636

  2. Datta V. Gaitonde. Progress in shock wave/boundary layer interactions // Progress in Aerospace Sciences, 2015, vol. 72, pp. 80-99

  3. Shota Nishimoto, Shinji Nakaya, Jeonghoon Lee, Mitsuhiro Tsue. Effects of the penetration height of ethylene transverse jets on flame stabilization behavior in a Mach 2 supersonic crossflow // Proceedings of the Combustion Institute, 2023, vol. 39, issue 3, pp. 3117-3126. DOI: 10.1016/j.proci.2022.07.247
  4. Yifu Tian, Jiajian Zhu, Mingbo Sun, Hongbo Wang, Yuhui Huang, Rong Feng, Bo Yan, Yongchao Sun, Zun Cai. Enhancement of blowout limit in a Mach 2.92 cavity-based scramjet combustor by a gliding arc discharge // Proceedings of the Combustion Institute, 2023, vol. 39, issue 4, pp. 5697-5705. DOI: 10.1016/j.proci.2022.07.101
  5. Shinji Nakaya, Hajime Yamana, Mitsuhiro Tsue. Experimental investigation of ethylene/air combustion instability in a model scramjet combustor using image-based methods // Proceedings of the Combustion Institute, 2021, vol. 38, issue 3, pp. 3869-3880. DOI: 10.1016/j.proci.2020.07.129
  6. Qili Liu, Damiano Baccarella, Will Landsberg, Ananthanarayanan Veeraragavan, Tonghun Lee. Cavity flameholding in an optical axisymmetric scramjet in Mach 4.5 flows // Proceedings of the Combustion Institute, 2019, vol. 37, issue 3, pp. 3733-3740. DOI: 10.1016/j.proci.2018.08.037
  7. Yuan-Shu Liu, Rui Xue, Jun-Li Liu, Chao-Qi Xu, Shao-Hua Zhu, Bing Liu. Numerical study on the dynamic process of ramjet/scramjet mode transition in the integrated full flow path for RBCC engine // Applied Thermal Engineering, 2023, vol. 231, pp. 121017. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2023.121017
  8. 6. Yanbin Feng, Shibin Luo, Jiawen Song, Kunxiong Xia, Dequan Xu. Numerical investigation on the combustion characteristics of aluminum powder fuel in a supersonic cavity-based combustor // Applied Thermal Engineering, 2023, vol. 221, pp. 119842. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2022.119842
  9. 7. Chunlei Li, Xiong Chen, Yingkun Li, Omer Musa, Liang Zhu. Numerical investigation on the performance of scramjet combustor with a novel strut configuration // Applied Thermal Engineering, 2019, vol. 159, pp. 113894. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2019.113894
  10. 8. Shaohua Zhu, Xu Xu, Qingchun Yang. Application of the vortex effects induced by the trailing wedge to enhance the mixing and combustion in the strut-based scramjet // Applied Thermal Engineering, 2018, vol. 140, pp. 604-614. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.05.084

  11. Chao Liu, Haichang Li, Lora Cheung. Weak persistence of a stochastic delayed competition system with telephone noise and Allee effect // Applied Mathematics Letters, 2020, vol. 103, pp. 106186. DOI: 10.1016/j.aml.2019.106186

  12. Qili Liu, Damiano Baccarella, Tonghun Lee. Review of combustion stabilization for hypersonic airbreathing propulsion // Progress in Aerospace Sciences, 2020, vol. 119, pp. 100636. DOI: 10.1016/j.paerosci.2020.100636

  13. Datta V. Gaitonde. Progress in shock wave/boundary layer interactions // Progress in Aerospace Sciences, 2015, vol. 72, pp. 80-99. DOI: 10.1016/j.paerosci.2014.09.002

  14. Chen Pu, Guangming Guo, Juliang Han, Sitan Jiang. Effect of jet schemes of the double-nozzle strut injector on mixing efficiency of air and hydrogen for a scramjet combustor // International Journal of Hydrogen Energy, 2022, vol. 47, issue 53, pp. 22633-22649. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.05.060

  15. Tahsini A.M., Tadayon Mousavi S. Investigating the supersonic combustion efficiency for the jet-in-cross-flow // International Journal of Hydrogen Energy, 2015, vol. 40, issue 7, pp. 3091-3097. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.12.124

  16. Jacobsen L.S, Schetz J.A, Ng W.F. Flow field near a mulitiport injector array in a supersonic flow // Journal of Propulsion and Power, 2000, vol. 16 (2), 216-226. DOI: 10.2514/2.5586

  17. Huang W, Wang Z.G., Wu J.P., Li S.B. Numerical prediction on the interaction between the incident shock wave and the transverse slot injection in supersonic flows // Aerospace Science and Technology, 2013, vol. 28 (1), pp. 91-99. DOI: 10.1016/j.ast.2012.10.007

  18. Huang W. Transverse jet in supersonic crossflows // Aerospace Science and Technology, 2016, vol. 50 (6), pp. 183-195. DOI: 10.1016/j.ast.2016.01.001

  19. Huang W. Effect of jet to crossflow pressure ratio arrangement on turbulent mixing in a flow path with square staged injectors // Fuel, 2015, vol. 144, pp. 164-170. DOI: 10.1016/j.fuel.2014.12.051

  20. Fallah K., Gerdroodbary M.B., Ghaderi A., Alinejad J. The influence of micro air jets on mixing augmentation of fuel in cavity flameholder at supersonic flow // Aerospace Science and Technology, 2018, vol. 76, pp. 187 193. DOI: 10.1016/j.ast.2018.01.021

  21. Lee S.H. Characteristics of dual transverse injection in scramjet combustor. Part 1: Mixing // Journal of Propulsion and Power, 2006, vol. 22 (5), pp. 1012-1019. DOI: 10.2514/1.14180

  22. Pudsey A.S., Boyce R.R. Numerical investigation of transverse jets through multiport injector arrays in a supersonic crossflow // Journal of Propulsion and Power, 2010, vol. 26 (6), pp. 1225-1236. DOI: 10.2514/1.39603

  23. Pudsey A.S., Boyce R.R., Wheatley V. Hypersonic viscous drag reduction via multiporthole injector arrays // Journal of Propulsion and Power, 2013, vol. 29 (5), pp. 1087-1096. DOI: 10.2514/1.B34782

  24. Сназин А.А., Шевченко А.В., Панфилов Е.Б., Прилуцкий И.К. Исследование взаимодействия недорасширенной газовой струи, выдуваемой из тела, с высокоскоростным набегающим потоком // Труды МАИ. 2021. № 119. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=159782. DOI: 10.34759/trd-2021-119-05

  25. Борисов А.Д. Исследование влияния подачи струй в камеру на эффективность смешения и горения топливо-воздушной смеси // Труды МАИ.  2016. № 90. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=74721

  26. Ларина Е.В., Крюков И.А., Иванов И.Э. Моделирование осесимметричных струйных течений с использованием дифференциальных моделей турбулентной вязкости // Труды МАИ. 2016. № 91. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=75565

  27. Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В., Третьякова О.Н. Численное моделирование взаимодействия многоблочных сверхзвуковых турбулентных струй с преградой // Труды МАИ. 2013. № 70. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=44440

  28. Головкин М.А. Головкина Е.В. Визуализация структур течения в окрестности моделей летательных аппаратов в гидродинамической трубе малых скоростей (самолетные аэродинамические компоновки) // Труды МАИ. 2016. № 90. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=74692


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход