Page 39 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 吴 宇，等： 进口压力扰动对氢气燃料旋转爆轰特性的影响 第 9 期

显 著 降 低 ， 且 NO 的 排 放 增 加 。 随 后 ， Hu 等 [31] 进 行 了 氢 气 /空 气 混 合 物 在 当 量 比 从 0.52 到 3.5 的
x
RDW 传播特性的二维数值研究，发现了 4 种不同的 RDC 工作模式：点火失败、碰撞失败、单波模式和多
波模式。最近，Xiong 等 [32] 提出了一种利用氢气的旋转爆轰射流增强高速非预混反应物燃烧的方法，证
明了其在加力燃烧室中的潜力。
不难看出，当量比的变化不仅直接决定了 RDW 能否形成，而且显著影响了其传播模式与稳定性特
征。然而，在以往研究中，进口参数（如质量流量、进口总压和进口总温等）通常被假定为恒定，多数
RDE 研究也建立在理想均匀进气的假设基础之上，从而在一定程度上忽略了实际运行过程中由燃料喷
注系统或上游流动结构引起的进口参数在时间和空间上的非均匀性。近年来，已有部分研究开始关注
进口非均匀性对 RDE 燃烧特性和 RDW 传播行为的影响。例如：Chen 等 [33] 通过数值方法系统研究了周
期性进口波动对 RDE 特性的作用，分析内容涵盖流动特性（如压力分布、波高和热释放率）以及推进性
能（如推力和比冲）等多个方面。Zhang 等 [34] 以氢气为燃料，初步探讨了进口总压空间波动对 RDW 传播
特性的影响，发现较大的空间幅值和空间频率会导致 RDW 传播不稳定，而适度的空间波动反而有利于
爆轰波的自调整和稳定传播。随后，Zhang 等 [35] 进一步研究了进口总压空间波动对气、固两相 RDW 的
影响，指出过大的空间幅值会抑制 RDW 的形成，而固体碳颗粒的存在能够削弱总压非均匀性的影响，从
而促进爆轰波的传播稳定性。
需要指出的是，鉴于 RDC 内部流动的高度非定常性以及 RDW 对进口流场的强烈反馈作用，实际工
况下进口参数往往难以保持严格恒定。基于上述认识，在进口边界条件中引入了一种高频、小幅值的压
力扰动，具体选取频率为 5 000 Hz、幅值为 0.1 MPa。该扰动参数不仅位于实际 RDC 进口压力脉动主
频的合理分布范围内，而且与涡轮喘振或阀门振荡等工程背景下可能产生的压力波动幅值相匹配 [17-18, 22] ，
可有效避免因扰动幅度过大而引入的非物理流场失真。在此基础上，本文通过引入受控进口压力扰动
的数值模拟方法，系统考察不同当量比条件下旋转爆轰的形成过程、流场结构特征及 RDW 传播规律，
为深入理解旋转爆轰发动机中非理想进气条件下的爆轰动力学行为提供参考。

1 物理模型与数值方法

1.1 物理模型

由于实际 RDC 的径向厚度远小于燃烧室的
y/m Outlet
周向长度，因此一般可以忽略 RDC 径向厚度的影 0.060
响 [27-31] ，将燃烧室沿母线展开获得二维的计算模
型 ， 如 图 1 所 示 ， 计 算 域 周 向 长 度 （ x 方 向 ） 为 Air Periodic boundary
200 mm，轴向长度（y 方向）为 60 mm。将计算域
Hot zone
的左右两侧设置为周期边界，出口处采用无反射 0.005 H 2/air
边界条件 [1-2, 36-37] ，依据出流马赫数分为 2 种情 0 ...... 0.15 0.20 x/m
况：当出流为亚声速时，采用外展出流边界条件； Inlet Wall Inlet Inlet Wall Inlet
当出流为超声速时，通过二阶外推得到。对于进
图 1 二维 RDC 示意图
口边界，图 1 中燃烧室上游进口处设置为 40 个 Fig. 1 Schematic diagram of two-dimensional RDC
燃料与壁面交替分布的离散进口单元，燃料与壁
面的宽度之比为 3/2，其中，壁面为绝热滑移边界，而燃料则采用预混喷射策略 [29-38] ，通过等熵关系式（式 (1)～
式 (3)）进入燃烧室内，具体可以根据来流总压 p 、总温 T 和进气壁面网格压力 p 可以分为 3 种情况。
w
0
0
（1）当 p ≥ p 时，进气道可视为固体壁面，反应物不能进入燃烧室，入射流动参数为：
0
w
γ−1
Å ã
p γ
p = p w ， T = T 0 ， v = 0 (1)
p 0
092101-3