Page 15 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 杨 帆，等： 煤油液滴直径对两相旋转爆轰发动机流场的影响 第 2 期

1 200 Detonation wave velocity 2 900 2.0
Detonation wave velocity/(m·s −1 ) 1 200 1 140 2 461 1 160 1 160 2 545 1 140 2 700 Temperature/K 1.5 Pressure/MPa
Temperature
2 800
Pressure
1 150
1 140
2 588
2 600
2 681
2 611
1 100
2 500
2 500
1.0
1.03
2 400
1.01
0.99
1 050
2 200
1 000 0.90 0.97 0.91 2 300 0.5
10 20 30 40 50 60 70
Initial droplet diameter/μm
图 16 爆轰波速度、温度和压力随初始液滴直径变化的分布函数
Fig. 16 Detonation wave velocity, temperature and pressure as functions of the initial droplet diameter
表 4 给出了不同液滴直径工况流场中液滴 表 4 不同初始直径的液滴最大停留时间和爆轰波周期
最大停留时间和爆轰波周期。在不同工况下，液 Table 4 Maximum residence time of droplets and
滴 最 大 停 留 时 间 均 占 爆 轰 波 传 播 时 间 尺 度 的 detonation cycle time for different droplet diameters
80% 以上，保证了爆轰波的自持传播。 初始液滴 最大停留 爆轰波 最大停留时间与爆轰波
为了分析爆轰波速度发生变化的原因，定 直径/µm 时间/µs 周期/µs 周期的比值/%
义爆轰波波前不同初始直径工况下液滴的蒸发 10 80.0 96.5 82.9
效率： 20 79.0 91.7 86.2
30 85.0 94.8 89.7
ρ g V cell f C 12 H 23( g)
η = (25) 40 86.0 94.8 90.7
ρ g V cell f C 12 H 23 (g) +cV Cell
50 86.9 96.5 90.1
式 (25) 仅计算爆轰波前的蒸发混合过程，
70 84.5 96.5 87.6
爆轰波后无液滴，η 恒为 1。
初始直径 30 µm 工况的蒸发效率等值线分布如图 17 所示。初始直径工况下爆轰波前蒸发效率最
高。取工况波前区域求解蒸发效率平均值。工况爆轰波前白色矩形区域划分标准为：Y 方向自燃烧室入
口沿 Y 正向延伸，高度为爆轰波高度；X 方向宽度均为 0.01 m，X 坐标自爆轰波的最高点处沿 X 正向延
伸。不同初始直径工况下平均蒸发效率与爆轰波速度的关系如图 18 所示。
从图 18 可以看出，爆轰波波前的蒸发效率与爆轰波速度随初始直径的变化趋势一致。燃料质量流
量不变的情况下，改变初始直径，波前蒸发效率较高时，爆轰波前气相燃料与所有燃料的质量比值较大，
爆轰波速度较高。

0.9 1 240
Average evaporation efficiency
η 0.831 Detonation wave velocity 1 220

0.05 0.15 0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95 0.8 1 200 0.797 0.802
0.02 0.780 1 200
Y/m Average evaporation efficiency 0.756 0.770 1 180 Detonation wave velocity/(m·s −1 )

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.7 1 160 1 160 1 160
X/m
1 140 1 140 1 140
图 17 初始液滴直径为 30 µm 工况的蒸发效率分布 0.6 1 140
10 20 30 40 50 60 70
Fig. 17 Distribution of evaporation efficiency
Initial droplet diameter/μm
for an initial droplet diameter of 30 µm
图 18 平均蒸发效率、爆轰波速度与初始液滴直径的关系
Fig. 18 Average evaporation efficiency and detonation wave
velocity as functions of the initial droplet diameter

022101-12