劉銘江，趙國(guó)焱，孫明波，湯 濤，李 亮，汪洪波

(國(guó)防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院高超聲速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410073)

目前，發(fā)展具有實(shí)用意義的高超聲速飛行器逐漸成為各大國(guó)的迫切需求.在傳統(tǒng)大氣層內(nèi)飛行器飛行馬赫數(shù)受限的情況下，能夠克服飛行馬赫數(shù)上限的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)被認(rèn)為是最為理想的大氣層內(nèi)高超聲速飛行的動(dòng)力裝置[1].

傳統(tǒng)的亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在高速飛行時(shí)，來(lái)流增壓減速為亞聲速，氣流靜溫急劇升高，對(duì)燃燒室材料的耐溫性能要求也迅速升高，同時(shí)高靜溫使得燃料發(fā)生熱分解，吸收熱能，降低能量釋放效率.超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在超聲速氣流中組織燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)在較低的靜壓和靜溫下進(jìn)行，在理論上解決了實(shí)現(xiàn)高馬赫數(shù)飛行可能性的問(wèn)題.但與此同時(shí)也帶來(lái)了新的問(wèn)題例如，王振國(guó)等[2]指出超聲速燃燒相比于普通燃燒具有以下3 個(gè)特點(diǎn)：來(lái)流速度快、燃料駐留時(shí)間短；燃燒與流動(dòng)強(qiáng)耦合；燃燒過(guò)程熵增較大.因此，實(shí)現(xiàn)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)超聲速氣流的高效穩(wěn)定燃燒成為了需要突破的技術(shù)難點(diǎn).

針對(duì)超聲速氣流中燃燒難以穩(wěn)定的問(wèn)題，各種火焰穩(wěn)定器應(yīng)運(yùn)而生.其中，凹腔火焰穩(wěn)定器得到了非常廣泛的應(yīng)用[3]，之后又被大量試驗(yàn)證明其配合橫向射流噴注是穩(wěn)定火焰的一項(xiàng)有效手段[4-5].

理論上通常認(rèn)為超聲速氣流流經(jīng)凹腔時(shí)，凹腔中會(huì)形成低速回流區(qū)，由于回流區(qū)流速較低，火焰能夠持續(xù)穩(wěn)定存在，因此該回流區(qū)為整個(gè)燃燒室提供了一個(gè)穩(wěn)定的點(diǎn)火源，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)超聲速燃燒室中的火焰穩(wěn)定.同時(shí)凹腔火焰穩(wěn)定器具有良好的火焰穩(wěn)定效果，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且總壓損失較低，因此受到了廣泛的研究和關(guān)注.

之前的研究中[6-8]，研究人員普遍認(rèn)為超聲速流中聲波不能逆?zhèn)鳎凑者@個(gè)假設(shè)非定常燃燒過(guò)程產(chǎn)生的擾動(dòng)將被排出超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，這將導(dǎo)致難以形成燃燒振蕩賴(lài)以維持的閉環(huán)反饋系統(tǒng).在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)由于這個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，人們并沒(méi)有認(rèn)真關(guān)注超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象.

然而事實(shí)并非如此，聲波在沒(méi)有額外的穩(wěn)焰措施的情況下依然可以通過(guò)邊界層等亞聲速區(qū)域向上游傳播.此外，在氣流速度場(chǎng)中制造低速流動(dòng)的區(qū)域能夠使得有可能重新產(chǎn)生火焰達(dá)到穩(wěn)定所必需的動(dòng)力平衡.在許多試驗(yàn)和數(shù)值研究中發(fā)現(xiàn)燃燒振蕩在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)廣泛存在.Stamp 等[9]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了聲波在超聲速流動(dòng)中的傳播和向邊界層上游的傳播，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超聲速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中聲波通過(guò)邊界層向上游傳輸時(shí)可能導(dǎo)致自持燃燒不穩(wěn)定.Fotia 等[10]研究了一定條件下火焰位置出現(xiàn)的周期性低頻振蕩，認(rèn)為其與上游預(yù)燃激波串的振蕩有關(guān)，自持剪切層不穩(wěn)定性被認(rèn)為是該現(xiàn)象形成的機(jī)制.Wang 等[11]開(kāi)展了不同燃料當(dāng)量比作為噴注條件的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為局部流動(dòng)通過(guò)動(dòng)態(tài)平衡條件控制凹腔剪切層周?chē)幕鹧媸欠穹€(wěn)定.Wang 等[12]比較了不同混合條件下的燃燒穩(wěn)定性，以研究采用乙烯噴注的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，燃燒振蕩模式與燃料混合狀態(tài)密切相關(guān).對(duì)于具有準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)熱喉道或穩(wěn)定激波系的情況，火焰脈動(dòng)以寬頻率范圍的熱聲型振蕩方式存在；對(duì)于瞬態(tài)熱喉道的情況，在特定情況下經(jīng)歷爆燃-爆震過(guò)渡(DDT)的過(guò)程.

影響燃燒振蕩現(xiàn)象最重要的因素為火焰閃回現(xiàn)象，關(guān)于火焰振蕩關(guān)鍵子過(guò)程火焰閃回的誘發(fā)因素，席文雄等[13]分析認(rèn)為，火焰回傳的原因是由于熱射流引起的邊界層分離使燃燒室氣流中出現(xiàn)了熱力學(xué)壅塞，導(dǎo)致了火焰閃回.Frost 等[14]認(rèn)為燃燒釋熱引起的壓力升高導(dǎo)致邊界層分離，從而引起火焰閃回現(xiàn)象.本文從火焰閃回現(xiàn)象著手，采用熱壅塞誘發(fā)火焰閃回的理論對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，探究尺度效應(yīng)對(duì)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的作用規(guī)律.

雖然在目前的研究中，燃燒振蕩現(xiàn)象已經(jīng)受到了廣泛關(guān)注，但是針對(duì)該現(xiàn)象的尺度效應(yīng)研究還有待進(jìn)一步開(kāi)展.目前針對(duì)大尺度的超聲速燃燒開(kāi)展實(shí)驗(yàn)難度較大，因此研究燃燒不穩(wěn)定的尺度效應(yīng)具有重要意義.

1 仿真平臺(tái)

本文進(jìn)行數(shù)值仿真研究的工具是商用CFD 軟件Fluent，采用Pointwise 進(jìn)行網(wǎng)格繪制.仿真條件設(shè)置和超聲速燃燒實(shí)驗(yàn)[15-18]條件保持一致.

1.1 計(jì)算域選取

本次數(shù)值仿真計(jì)算域參考一次超聲速燃燒實(shí)驗(yàn)的燃燒室[15-18].燃燒室尺寸為寬50 mm、高40 mm、長(zhǎng)400 mm 的長(zhǎng)方體測(cè)試段.

此外還包括噴口和凹腔兩個(gè)構(gòu)件：其中噴口在燃燒室凹腔側(cè)，包括兩組噴口，距凹腔的間距分別為L(zhǎng)1、L2且 L1-L2= 20 mm，每組噴口有3 個(gè)橫向間距為10 mm 的乙烯噴嘴，孔口直徑1.0 mm；凹腔位于燃燒室入口下游200 mm，后緣傾角θ=45°，凹腔深度 D= 12 mm，凹腔長(zhǎng)度 L= 56 mm，凹腔底部有火花點(diǎn)火裝置.

坐標(biāo)系采用右手系，X 軸正方向?yàn)槌曀贇饬髁鲃?dòng)方向，Y 軸正方向指向無(wú)凹腔的壁面，Z 軸正方向采用右手系.

為了提高計(jì)算的效率，本次數(shù)值仿真中采用二維模型.同時(shí)由于超聲速燃燒室寬度為統(tǒng)一的50 mm，Z 方向長(zhǎng)度取50 mm 進(jìn)行二維模型等效，噴口處長(zhǎng)度的計(jì)算采取3 個(gè)噴口面積等效為一個(gè)面積的方法進(jìn)行等效計(jì)算.其余部位尺寸采用試驗(yàn)中燃燒室的尺寸大小，最終等效的二維計(jì)算域如圖1 所示.

圖1 二維計(jì)算域設(shè)置情況Fig.1 Settings of two-dimensional computing domain

1.2 仿真模型

1.2.1 求解控制方程

本次仿真計(jì)算涉及多組分高速流體，且涉及化學(xué)反應(yīng).在進(jìn)行數(shù)值仿真求解時(shí)，基于連續(xù)介質(zhì)和可壓縮理想氣體假設(shè)，采用質(zhì)量、動(dòng)量、能量守恒方程進(jìn)行求解.

質(zhì)量守恒方程：

動(dòng)量守恒方程：

能量守恒方程：

分子黏性切應(yīng)力τij可由式(4)計(jì)算：

式中：ρ為流體密度；t 為時(shí)間；ui、uj和 uk為3 個(gè)方向的速度；xi、xj和 xk為不同方向的位置；p 為壓強(qiáng)；cp為定壓比熱容；T 為溫度；λ為熱傳導(dǎo)系數(shù)；為單位時(shí)間物質(zhì)密度變化；Qs為單位質(zhì)量所含的熱量；δij為 Kronecker 符號(hào)，i=j時(shí)，δij=1；i ≠ j時(shí)，δij=0；μ為黏性系數(shù)，可由Sutherlan d 公式給出：

1.2.2 化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

本文中的燃燒反應(yīng)采用簡(jiǎn)化的乙烯-空氣七組分三步的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理[19]，化學(xué)反應(yīng)簡(jiǎn)化情況如表1所示，其中A 為阿累尼烏斯方程的指前因子，b 為反應(yīng)級(jí)數(shù)，aT 為活化能除以摩爾氣體常量.

表1 七組分三步乙烯-空氣化學(xué)反應(yīng)機(jī)制[19]Tab.1 Seven-component three-step ethylene-air chemical reaction mechanism[19]

1.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性和仿真結(jié)果驗(yàn)證

為避免網(wǎng)格量帶來(lái)的計(jì)算誤差，開(kāi)展了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，設(shè)計(jì)了9 萬(wàn)、15 萬(wàn)和30 萬(wàn)3種量級(jí)的網(wǎng)格，網(wǎng)格精度情況如表2 所示，以相同的仿真條件開(kāi)展了仿真計(jì)算.

表2 網(wǎng)格精度Tab.2 Mesh division accuracy

通過(guò)觀察圖2 可以發(fā)現(xiàn)，15 萬(wàn)量級(jí)的網(wǎng)格具有較好的仿真效果且量級(jí)不大，適于開(kāi)展仿真研究.觀察圖3 中實(shí)驗(yàn)和仿真的火焰閃回過(guò)程對(duì)比可 以發(fā)現(xiàn)，本次仿真的效果和實(shí)驗(yàn)符合良好.

圖2 火焰閃回時(shí)的壓力云圖Fig.2 Pressure cloud during flame flashback

圖3 火焰閃回過(guò)程中實(shí)驗(yàn)(高速攝影圖)和仿真的對(duì)比[15-18]Fig.3 Comparison between experimental (high-speed photos) and simulated flame flashback process[15-18]

2 仿真結(jié)果與分析

2.1 超聲速燃燒室尺度效應(yīng)研究

本節(jié)研究燃燒不穩(wěn)定的尺度效應(yīng)，尺度變化和仿真總體情況如表3 和圖4 所示.

表3 尺度試驗(yàn)對(duì)比Tab.3 Comparison among scale experiments

圖4 不同尺度試驗(yàn)仿真結(jié)果對(duì)比Fig.4 Comparison among simulation results of different scale experiments

2.1.1 尺度變化對(duì)火焰閃回現(xiàn)象的影響

通過(guò)觀察圖5 中不同尺度試驗(yàn)的溫度分布可知：較小的燃燒室尺度使得邊界層更容易發(fā)生分離，火焰迅速占據(jù)主流道，熱力學(xué)喉道形成的速度加快，而原尺度網(wǎng)格中的火焰經(jīng)歷了逐漸占據(jù)邊界層，到邊界層分離至火焰占據(jù)流道，燃燒釋熱引起了熱力學(xué)壅塞最終導(dǎo)致了火焰閃回.

圖5 0.8倍和原尺度試驗(yàn)的火焰閃回對(duì)比( Δ t= 0.2 ms)Fig.5 Comparison of flame flashback between 0.8 and 1 time scale experiments ( Δ t= 0.2 ms)

2.1.2 尺度變化對(duì)燃料混合效率的影響

圖6 所示為不同尺度燃燒室的燃料混合效果對(duì)比.通過(guò)觀察不難發(fā)現(xiàn)，0.8 倍尺度和正常尺度試驗(yàn)的燃料都和凹腔側(cè)上游邊界和下游主流道氣體達(dá)到了較高程度的混合，而1.2 倍尺度的燃料始終局限在凹腔側(cè)邊界層的較薄區(qū)域，混合效果較差.

圖6 不同尺度燃燒室的乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)比Fig.6 Comparison of ethylene mass fraction in combustion chambers of different scales

關(guān)于燃料混合程度不同的原因，分析認(rèn)為是由于燃燒室尺度變化導(dǎo)致的邊界層相對(duì)厚度發(fā)生變化，邊界層分離變得困難，燃料被局限在邊界層內(nèi)(如圖7 所示).

圖7 不同尺度燃燒室的邊界層厚度對(duì)比Fig.7 Comparison of boundary layer thickness in combustion chambers of different scales

通過(guò)歸一化處理，觀察圖8 可以發(fā)現(xiàn)：小尺度的燃燒室邊界層相對(duì)厚度明顯增大，大尺度的燃燒室邊界層相對(duì)厚度較小，這將影響燃料在燃燒室的分布.其中，邊界層厚度定義為0.95 倍來(lái)流流速所處位置距上壁面的距離.圖8 中的Y+為歸一化的Y 方向坐標(biāo).

圖8 不同尺度邊界層相對(duì)厚度對(duì)比Fig.8 Comparison of relative thickness of boundary layer at different scales

以下對(duì)邊界層相對(duì)厚度隨燃燒室尺度變大而減小這一認(rèn)識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的理論驗(yàn)證.

在Rex=5 × 105～6 ×107的范圍內(nèi)，對(duì)于平板湍流邊界層，公式(6)適用：

式中：δ*為位移厚度；θ為動(dòng)量厚度；x 為特征長(zhǎng)度.故對(duì)于湍流，邊界層厚度δ～ x4/5.因此尺度變化后，邊界層厚度增長(zhǎng)的速度小于尺度增長(zhǎng)速度，即尺度增大時(shí)邊界層相對(duì)厚度降低.因此，對(duì)于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，尺度增大時(shí)邊界層相對(duì)厚度降低的判斷是合理的.

2.2 燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象敏感因素分析

為了探究尺度試驗(yàn)中火焰閃回現(xiàn)象的內(nèi)在因素，本節(jié)探究了來(lái)流總溫、噴注壓力、噴注方向和凹腔尺度對(duì)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的作用規(guī)律.表4 為不同仿真試驗(yàn)的設(shè)置情況.

表4 仿真試驗(yàn)設(shè)置Tab.4 Settings of simulation experiments

2.2.1 高來(lái)流總溫對(duì)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的影響

來(lái)流總溫的提高意味著燃料預(yù)混的溫度提高，這將有助于燃燒現(xiàn)象的發(fā)生和火焰的迅速傳播.通過(guò)觀察圖9 不難發(fā)現(xiàn)，來(lái)流總溫的提高會(huì)使得火焰迅速占據(jù)凹腔下游邊界層.同時(shí)觀察圖10 可以認(rèn)為，燃燒占據(jù)主流的原因是劇烈的燃燒釋熱使得邊界層迅速分離.

圖9 仿真1的溫度分布(t=3.6～ 3.8 ms，Δ t= 0.2 ms)Fig.9 Temperature distribution of simulation 1(t=3.6—3.8 ms，Δ t= 0.2 ms)

圖10 仿真1的速度分布(t=3.6～ 3.8 ms，Δ t= 0.2 ms)Fig.10 Velocity distribution of simulation 1(t=3.6—3.8 ms，Δ t= 0.2 ms)

在主流劇烈燃燒的同時(shí)，觀察對(duì)比圖11 和圖12不難發(fā)現(xiàn)燃燒室下游在較長(zhǎng)時(shí)間里并沒(méi)有產(chǎn)生熱力學(xué)喉道對(duì)應(yīng)的高壓區(qū).

將圖11 和圖12 中的最下方分圖中Y＝0.038 m處的X 方向壓力沿程分布繪制在圖13 中，通過(guò)觀察不難發(fā)現(xiàn)：高來(lái)流總溫條件下在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)形成的高壓區(qū)壓力遠(yuǎn)未達(dá)到形成熱力學(xué)喉道高壓區(qū)所對(duì)應(yīng)的壓力，且高壓區(qū)位置相對(duì)靠近下游.因此本文認(rèn)為高來(lái)流總溫條件能夠起到抑制火焰閃回的作用.

圖11 仿真1壓強(qiáng)分布(t= 3.6～11.6 ms，Δ t= 2 ms)Fig.11 Pressure distribution of simulation 1(t=3.6—11.6 ms，Δ t= 2 ms)

圖12 仿真2壓強(qiáng)分布(t=2.0～2.8 ms，Δ t= 0.2 ms)Fig.12 Pressure distribution of simulation 2(t=2.0—2.8 ms，Δ t= 0.2 ms)

圖13 仿真1和仿真2在Y＝0.038 m位置的X 方向壓強(qiáng)分布Fig.13 Pressure distribution in X direction of simulations 1 and 2 at Y＝0.038 m

2.2.2 低噴注壓力對(duì)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的影響

在低噴注壓力的條件下，燃燒在燃燒室下游邊界層穩(wěn)定燃燒，如圖14 所示.這是由于低噴注壓力導(dǎo)致了燃料當(dāng)量比降低，在燃燒室下游的燃料不足，燃燒釋熱的影響被大大削弱，邊界層分離困難，燃燒在下游邊界層達(dá)到了穩(wěn)定.

圖14 仿真3穩(wěn)定燃燒溫度分布Fig.14 Stable combustion temperature distribution of simulation 3

圖15 為兩種噴注壓強(qiáng)條件下的乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布，通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)兩者在凹腔下游的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布不一致.

圖15 不同噴注壓強(qiáng)條件下乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布對(duì)比Fig.15 Comparison of ethylene mass fraction distribution under different injection pressures

通過(guò)將兩種噴注壓強(qiáng)條件下乙烯在 Y ＝0.000 1 m 處的質(zhì)量分?jǐn)?shù)沿X 方向的分布繪制在圖16中可以明顯看出：在低噴注壓強(qiáng)條件下，燃燒室下游乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小至接近0 時(shí)，較高噴注壓強(qiáng)的乙烯還保持一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這為凹腔下游的燃燒釋熱提供了條件，最終引起了邊界層分離和火焰閃回.

圖16 不同噴注壓強(qiáng)條件下的X 方向乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)比Fig.16 Comparison of ethylene mass fraction in X direction at different injection pressures

2.2.3 低噴注壓力對(duì)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的影響

觀察圖17 可以發(fā)現(xiàn)，噴注角度φ=30°條件下燃燒在燃燒室下游達(dá)到了穩(wěn)定，而φ為60°和90°的情況下出現(xiàn)了火焰閃回現(xiàn)象.分析其原因本文認(rèn)為：在噴注角度增大的情況下，燃料射流深度增強(qiáng)(如圖18 和圖19 所示)，最終提高了燃料-空氣混合度，更大范圍的燃料分布促進(jìn)了大范圍的燃燒釋熱，熱力學(xué)喉道形成速度加快，加劇了燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象.

圖17 不同噴注角度試驗(yàn)現(xiàn)象Fig.17 Experimental phenomena at different injection angles

圖18 不同噴注角度的乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布情況Fig.18 Ethylene mass fraction distribution at different injection angles

圖19 不同噴注角度的Y 方向乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布Fig.19 Ethylene mass fraction distribution in Y direction at different injection angles

2.2.4 凹腔尺度對(duì)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的影響

在本節(jié)中，對(duì)超聲速燃燒室的長(zhǎng)度L 和深度D進(jìn)行了調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)了3 種不同尺度的凹腔開(kāi)展仿真研究.具體尺度設(shè)置和仿真現(xiàn)象如表5 所示.

表5 凹腔尺度試驗(yàn)對(duì)比Tab.5 Comparison among cavity scale experiments

通過(guò)觀察圖20 可見(jiàn)，由于凹腔而產(chǎn)生的回流區(qū)在火焰回傳經(jīng)過(guò)凹腔時(shí)回流速度基本一致.但是凹腔深度和長(zhǎng)度的減小不可避免地使得回流區(qū)變小.

圖20 不同凹腔尺度回流區(qū)對(duì)比Fig.20 Comparison among the recirculation zones of different cavity scales

通過(guò)觀察圖21～23 的火焰回傳進(jìn)度和速度不難發(fā)現(xiàn)，回流區(qū)的減小會(huì)導(dǎo)致回流速度降低.分析認(rèn)為是回流區(qū)的減小導(dǎo)致了凹腔和主流的熱量質(zhì)量交換受限制，最終引起了火焰閃回速度變慢.

圖21 凹腔尺度試驗(yàn) 1 的 X 方向速度分布(t=4.3～5.1ms，Δ t= 0.2 ms)Fig.21 Velocity distribution in X direction in cavity scale experiment 1(t=4.3—5.1 ms，Δ t= 0.2 ms)

圖22 凹腔尺度試驗(yàn) 2 的 X 方向速度分布(t=6.4～8.8 ms，Δ t= 0.6 ms)Fig.22 Velocity distribution in X direction in cavity scale experiment 2(t=6.4—8.8 ms，Δ t= 0.6 ms)

圖23 凹腔尺度試驗(yàn) 3 的 X 方向速度分布(t=7.4～9.0 ms，Δ t= 0.4 ms)Fig.23 Velocity distribution in X direction in cavity scale experiment 3(t=7.4—9.0 ms，Δ t=0.4 ms)

3 結(jié)論

本文在超聲速燃燒實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上開(kāi)展了二維仿真計(jì)算研究.在3 種不同尺度的超聲速燃燒室仿真結(jié)果基礎(chǔ)之上，通過(guò)考慮邊界層厚度和燃料混合效率變化對(duì)燃燒不穩(wěn)定的影響，研究了燃燒室尺度對(duì)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的作用原理和規(guī)律.之后采用熱壅塞誘發(fā)火焰閃回的思想，通過(guò)設(shè)計(jì)高來(lái)流總溫、低噴注壓力、不同噴注角度和凹腔構(gòu)型對(duì)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的敏感因素展開(kāi)研究.將燃燒不穩(wěn)定的尺度效應(yīng)和燃燒不穩(wěn)定規(guī)律總結(jié)如下.

(1) 超聲速燃燒室尺度、來(lái)流溫度、噴注條件和凹腔構(gòu)型設(shè)計(jì)合理與否是燃燒能否達(dá)到穩(wěn)定的決定性因素.

(2) 火焰閃回現(xiàn)象的發(fā)生主要取決于燃燒室內(nèi)燃料的混合效率，混合充分、燃料充足的燃燒室中燃燒釋熱和對(duì)主流的壓縮作用明顯，更易形成熱力學(xué)喉道對(duì)應(yīng)的高壓區(qū)進(jìn)而誘發(fā)火焰閃回.

(3) 較小的超聲速燃燒室將使得邊界層相對(duì)厚度增加，燃燒更加充分，燃燒釋熱的影響將被放大，更容易發(fā)生燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象；而較大的超聲速燃燒室尺度的作用效果正好相反.

(4) 凹腔尺度對(duì)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的影響主要體現(xiàn)在對(duì)回流區(qū)的影響，較小的凹腔長(zhǎng)度和深度都會(huì)使得燃燒室內(nèi)回流區(qū)變小，這不利于凹腔內(nèi)的燃燒釋熱以及凹腔剪切層和主流的質(zhì)量熱量交換，最終限制了火焰閃回現(xiàn)象的發(fā)生.

(5) 燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象對(duì)多種因素敏感：高來(lái)流總溫通過(guò)限制熱力學(xué)喉道的形成抑制燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象；噴注壓力主要通過(guò)改變局部燃料當(dāng)量比影響燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象；噴注方向主要通過(guò)改變?nèi)剂戏植加绊懭紵环€(wěn)定現(xiàn)象.