[发明专利]发动机、火焰稳定器及其凹腔的设计方法

权利要求书

1.一种火焰稳定器的凹腔的设计方法，其特征在于，包括：

设定所述凹腔的长度值L；

确定燃料的有效当量比φ₀；

当所述有效当量比φ₀大于1时，确定富燃时的火焰时间尺度τ_f,r，否则，确定贫燃时的火焰时间尺度τ_f,l；

根据所述长度值L、空气来流速度U和所述富燃时的火焰时间尺度τ_f,r或所述贫燃时的火焰时间尺度τ_f,l确定所述凹腔的燃烧流场的Da数，其中，或

根据火焰吹熄准则确定状态点(Da，φ₀)是否位于火焰稳定区，当点(Da，φ₀)位于所述火焰稳定区时，根据所述凹腔的长深比，确定所述凹腔的深度D，否则，重新设定所述凹腔的长度值L。

2.根据权利要求1所述的凹腔的设计方法，其特征在于，根据发动机的来流条件和所述燃料的喷注方案设定所述凹腔的长度值L。

3.根据权利要求2所述的凹腔的设计方法，其特征在于，确定所述凹腔的深度D后，所述凹腔的设计方法还包括：

判断确定的所述凹腔的长度L和深度D是否满足发动机的设计要求，若不满足，则调整所述喷注方案后重新设定所述凹腔的长度值L。

4.根据权利要求2所述的凹腔的设计方法，其特征在于，在确定所述燃料的有效当量比φ₀的步骤中，结合横向射流混合模型来确定所述有效当量比φ₀，即：

根据公式mF*=∫∫AFu(y,z)f(y,z)dydz∫∫Au(r)f(r)drmF(1-ϵF,vsl-ϵF,vc)+ϵF,vslmF,]]>确定有效燃料质量流率

根据公式mA*=∫∫AFρ(y,z)u(y,z)(1-f(y,z))dydz+(Asl-AF)ρAuA,]]>确定有效空气质量流率mA*;]]>

根据公式：确定所述凹腔的有效当量比φ₀；

其中，在该横向射流混合模型中，坐标系原点为喷孔中心，x轴为沿射流的流向指向射流的下游，y轴为垂直于x轴指向上方，x-y平面为射流流向的中心平面，z轴沿其展

向与xy构成右手系；

A为射流在所述凹腔的后缘的射流截面的分布面积；

u(r)为射流在分布半径上的流向速度；

f(r)为射流在分布半径上的混合分数；

A_sl为位于所述凹腔在流向x位置处唇口上方的剪切层的横截面积；

A_F为燃料射流分布面积与A_sl的相交面积；

u(y,z)可为射流截面上的流向速度；

f(y,z)为射流截面上的混合分数；

ρ(y,z)为射流的密度，可近似取来流空气的密度ρ_A；

u_A为来流空气的速度；

m_F为所述凹腔的剪切层内的燃料的总质量流率；

ε_F,vsl为在火焰基底上游的区域内，由剪切层的上缘进入到剪切层内的部分燃料的质量流率占整体燃料的质量流率的比例；

ε_F,vc为由于流动结构的作用使得较为富余的燃料直接进入到所述凹腔里的部分燃料的质量流率占整体燃料的比例；

r_s为燃料-空气化学恰当质量比。