[发明专利]一种基于分隔板后缘射流扰动的超声速流混合装置

说明书

本申请涉及一种基于分隔板后缘射流扰动的超声速流混合装置，包括设置在两股超声速流之间的刚性的分隔板，分隔板的后沿设置射流孔，射流孔用于喷入射流。本申请基于分隔板为两股超声速气流提供单独的通道，通过设置在分隔板后沿的射流孔喷入射流。在分隔板射流的扰动下，混合层流动提前失稳，混合层大尺度涡结构破碎成大量小尺度涡结构，在向下游演化过程中能够有效增加上下两股气流的接触面积以实现高效混合。本申请提供的超声速流混合装置不需要外加激励能源，工况适应性强，结构简单，同时克服了流阻和总压损失大的不足，通过射流涡与混合层涡结构的相互作用来实现高效混合，具有较强的工程适用性。

技术领域

本申请涉及航空宇航推进领域的高效混合技术领域，特别是涉及一种基于分隔板后缘射流扰动的超声速流混合装置。

背景技术

随着高超声速推进技术的发展，组合循环、超燃冲压发动机等新型动力形式得到广泛关注。在发动机燃烧室中，超声速燃气和空气的高效混合一直是困扰研究人员的难题。对于超声速流动，压缩效应的存在加上燃烧室的尺寸限制，使得流动的混合效率低下。高效混合是充分燃烧的重要前提，也是挖掘发动机性能潜力、提高推进系统效率的重要基础。

为了实现超声速混合层的高效混合，学者们提出了一系列增混措施，可以分为被动技术和主动技术。被动技术是指通过在流场中置入外加结构来激发流动大尺度不稳定促进混合，其缺点是流动损失大。如，文献(Tillman T G,Patrick W P,Paterson RW.Enhanced mixing of supersonic jets[J].Journal of Propulsion and Power,1991,(7):1006～1014.)提出了一种波瓣形混合器来诱导混合增强，但由于接触面积的增大，波瓣支板带来的流动损失显著增长。主动增混技术是指在流场中引入激励，通过声学/电火花/等离子体等激励形式来激发流动的不稳定性，使得混合层较早地失稳来实现快速混合，其缺点是工程应用难度高。如，文献(G.Raman,Supersonic jet mixing enhancementusing impingement tones from obstacles of various geometries,AIAA Journal 33(1995)454～462.)提出了一种利用声学冲击的方式，可以使得声波在超声速混合层流场中形成自持循环，从而实现混合增强。然而，考虑到超声速流动中背景噪声的不可控因素，该方式在实际工程应用中效果不够理想。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种结构原理简单、增混效果好、流动损失小、工程适用性强的基于分隔板后缘射流扰动的超声速流混合装置。

一种基于分隔板后缘射流扰动的超声速流混合装置，所述装置包括设置在两股超声速流之间的刚性的分隔板，分隔板的后沿设置射流孔，射流孔用于喷入射流。

分隔板的一侧为第一超声速气流的流道，另一侧为第二超声速气流的流道，射流孔为射流的流道。由于分隔板具有一定厚度，两股超声速气流在分隔板后沿处相遇会首先形成一段距离的低速回流区，这之后两股气流相遇形成混合层流动结构；混合层结构在向下游发展过程中受到开尔文-赫姆霍兹不稳定的作用，逐渐卷起大尺度涡结构实现两股来流的混合。通过分隔板后缘的射流孔向流场中喷入射流，射流穿过低速回流区与上下两股超声速气流形成的混合层相互作用。在分隔板射流的扰动下，混合层流动提前失稳，混合层大尺度涡结构受到破坏，在空间上呈现强烈的三维特征，大尺度涡结构破碎成大量小尺度涡结构，小尺度涡结构在向下游演化过程中能够有效增加上下两股气流的接触面积以实现高效混合。

其中一个实施例中，分隔板沿超声速流方向的长度为40～60mm。

其中一个实施例中，射流孔的直径和分隔板的厚度的比值为1/4～1/2。

其中一个实施例中，分隔板的厚度为4～8mm。

其中一个实施例中，射流孔的间隔为1～3个射流孔直径。