液態噴注於超音速流場之細部流場數值模擬分析

Translated title of the thesis: Numerical simulations of detailed flow field for liquid injection into the supersonic flow
  • 楊 凡毅

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

超音速燃燒衝壓引擎為自由流進入燃燒室內部時,速度維持在超音速狀態之吸氣式引擎。液態燃料注入燃燒室後,會經過霧化、破碎成小液滴,接著蒸發為氣態燃料,然後與氧氣混合,隨後燃燒。液態燃料由噴出到燃燒,中間的過程相當繁雜,但燃燒室之體積不大,且流速極快,容易造成霧化到燃燒過程尚未完成時,而流出燃燒室,甚至可能會因為流速過快使得點火不易。為了使噴霧燃料能充分進行上述提到的霧化與燃燒過程,並且可應用於超音速燃燒室中,了解超音速噴霧流場內部的構造以及流場與震波之間的關係,是一個非常重要的資訊。由於超音速噴霧流場相當複雜,藉由實驗設備觀察超音速噴霧流場細部的流場現象,難度相當高,並且實驗花費相當昂貴,因此,本研究使用ANSYS FLUENT進行數值模擬分析,藉由數值軟體探討液態噴注於超音速氣流中之細部流場,並觀察整理噴霧流量、入流馬赫速、迴流區以及震波之間的關係,提供未來設計超音速燃燒室之重要參數。 本研究使用液態水以及液態煤油垂直注入超音速燃燒室,自由流與液柱撞擊會產生高溫高壓之弓形震波,並且在液柱前方會生成迴流,而在迴流區前端會產生分離震波。使用不同噴注流量探討之結果顯示,提升噴注流量會提升弓形震波強度,並且會提升弓形震波角度,由於弓形震波增強,噴注前方的迴流區強度以及長度也會因此增加,造成分離震波高度以及強度之提升。接著,使用不同入口馬赫數之結果顯示,提升入口馬赫速,會增強弓形震波強度以及分離震波強度,但是,由於自由流流速提升,自由流往下游的動量較大,使得弓形震波角度以及分離震波高度會變小、迴流區長度會縮短。綜合不同噴注流量以及不同入口馬赫數之結果,發現隨著噴注流量提升或是入口流速的提升,弓形震波強度會越來越大,且弓形震波與分離震波強度的比值也越來越大。另外,針對注入液態煤油與注入液態水進行交叉比對,並進行相關之比較。結果顯示,由於液態煤油的密度較液態水小,在噴霧流量控制相同情況下,液態煤油的噴射速度較大,噴注動量較強,使得弓形震波強度提升,並且會提升弓形震波角度。由於弓形震波增強,噴注前方的迴流區強度以及長度也會因此增加,造成分離震波高度以及強度之提升,其流場的趨勢與不同噴注流量之結果類似。因此,液柱本身動量,可以影響震波強度、迴流區長度以及兩震波之交互作用點。本模擬之研究結果,可做為未來設計超音速液態噴霧流場之重要參數。
Date of Award2016 Aug 31
Original languageChinese
SupervisorTsung-Leo Jiang (Supervisor)

Cite this

'