摘要： 為研究入口當量比的不均勻分布對旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室性能的影響，建立了當量比在入口環(huán)縫的徑向或周向的函數(shù)模型，將模型公式代入組分質(zhì)量分數(shù)與當量比的關(guān)系式，得到組分質(zhì)量分數(shù)在徑向或周向的分布函數(shù)。通過Fluent 軟件中的自定義函數(shù)工具，構(gòu)造入口邊界組分的分布函數(shù)，利用三維瞬態(tài)歐拉方程模擬了C10H22/air 旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室中爆震波的傳播過程及流場特性，對比了不同當量比分布下爆震波及旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室性能參數(shù)的變化特征。結(jié)果表明：入口當量比的不均勻分布會影響爆震波的傳播特性；當量比為0.4～1.6 且沿徑向非均勻分布時，隨著入口面中線位置當量比的增大，爆震波的高度減?。划斄勘葹?.4～1.6 且沿周向非均勻分布時，隨著變化周期數(shù)的增加，爆震波的高度幾乎不受影響；當量比的不均勻分布會削弱旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室的增壓效果和溫升效果，沿徑向不均勻分布的情況相較于沿周向不均勻分布的情況，影響更明顯；旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室內(nèi)，爆震波的誘導(dǎo)和反應(yīng)區(qū)并非嚴格位于前導(dǎo)激波的正后方，而是位于前導(dǎo)激波的斜后方，且在曲率的影響下，在靠近燃燒室外壁面的區(qū)域，前導(dǎo)激波沿中徑圓柱面的圓周線傳播。

關(guān)鍵詞： 旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室；非均勻當量比；自定義函數(shù)；增壓效果；溫升效果

中圖分類號： O381 國標學(xué)科代碼： 13035 文獻標志碼： A

旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機是一種以爆震作為推進動力方式的新型發(fā)動機，爆震過程近似于定容燃燒，具有熱循環(huán)效率高的優(yōu)點。旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機只需一次點火，即可自維持燃燒，省去了燃燒室前靜子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，因此具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，有望推動航空航天動力技術(shù)的發(fā)展[1-2]。其中，旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室（rotatingdetonation combustor， RDC）是發(fā)動機的重要部分。對RDC，學(xué)者們通過開展入口壓力、當量比、燃燒室的構(gòu)型等方面的數(shù)值分析和試驗研究，取得了一系列的研究成果。

Anand 等[3] 分析了3 種空氣流量和每種空氣流量的3 種當量比下RDC 的運行情況，研究了旋轉(zhuǎn)爆轟波對進氣和燃料室的壓力反饋。George 等[4] 研究了不同的RDC 初始壓力和通道寬度對爆炸傳播的影響，在一定的當量比范圍內(nèi)記錄了2 種不同的燃料-氧化劑混合物生成的爆震波的傳播規(guī)律。Burke 等[5]將部分燃料預(yù)混到氧化劑中，探索了在預(yù)混不同當量比的氫氣和空氣后，旋轉(zhuǎn)爆轟波的傳播情況。Nair 等[6]分析了在不同當量比、質(zhì)量流量情況下甲烷-氧氣反應(yīng)物的RDC 中爆震產(chǎn)物的熱力學(xué)特性。Salvadori 等[7]通過改變?nèi)肟谌剂虾涂諝獾馁|(zhì)量流量，使得全計算域的當量比保持一致，進而對非預(yù)混的氫氣/空氣反應(yīng)物沿徑向噴射的RDC 進行了數(shù)值模擬。Mikhalchenko 等[8] 則對富油、貧油和化學(xué)計量3 種模式的RDC 內(nèi)的流場和旋轉(zhuǎn)爆震波的傳播特性進行了三維數(shù)值模擬。Jiang 等[9] 通過求解三維非定常反應(yīng)流動的Naiver-Stokes 方程，采用一步氫氣/空氣反應(yīng)機理，研究了不同入口當量比的非預(yù)混條件下旋轉(zhuǎn)爆震波的形成和傳播過程。王順利等[10] 研究了不同噴管構(gòu)型和不同當量比時RDC 受到的影響。馬元等[11] 采用離散相模型（discrete phase model， DPM），對不同當量比和質(zhì)量通量下的兩相旋轉(zhuǎn)爆震波進行二維數(shù)值模擬研究，分析當量比和質(zhì)量通量對非預(yù)混、非均勻噴注條件下兩相旋轉(zhuǎn)爆震波參數(shù)的影響。王迪等[12]深入分析了煤油燃料兩相連續(xù)RDC 的工作特性，采用富氧空氣或氧氣為氧化劑，通過試驗得到了爆震波的時域、頻域特征，對兩相連續(xù)RDC 中爆震波的起爆過程和穩(wěn)定后的傳播過程進行了研究。馬虎等[13]定量研究了燃料分布對旋轉(zhuǎn)爆震波傳播特性的影響，針對2 種環(huán)縫/小孔噴注方案開展了數(shù)值和實驗研究。焦中天等[14] 針對環(huán)縫-噴孔結(jié)構(gòu)的RDC，研究了噴孔數(shù)量在非預(yù)混條件下對旋轉(zhuǎn)爆震起爆過程的影響。

綜上所述，不少學(xué)者研究了不同當量比對爆震波傳播規(guī)律或RDC 性能的影響，但大多數(shù)都是基于RDC 入口當量比均勻分布的前提下進行的試驗或數(shù)值研究。工程實踐中，燃料和氧化劑分別通過入口的小孔噴注，在進入燃燒室時兩者進行摻混，很多情況下會出現(xiàn)摻混不均勻的情況，即在入口截面不同位置反應(yīng)物的當量比不同。本文中，將這種入口邊界條件簡化，利用自定義函數(shù)（user-defined function，UDF），使入口的當量比沿徑向以不同的函數(shù)曲線分布，模擬這種不均勻分布，研究該不均勻分布對燃燒室性能的影響。同樣地，各噴注小孔的反應(yīng)物的當量比也存在差異，小孔是周向分布的，當量比沿周向分布的工況旨在模擬不同噴注小孔之間的當量比分布情況。利用Fluent 軟件建立UDF 來實現(xiàn)當量比在入口處的不均勻分布，對RDC 的各項參數(shù)進行分析，獲得當量比的不均勻性對RDC 性能及爆震波傳播的影響。