等离子体射流对PDE快速起爆影响的数值仿真.pdf

第30卷第11期
计算机仿真
2013年11月
文章编号:1006-9348(2013)11-0015-05
等离子体射流对PDE快速起爆影响的数值仿真
林玲,翁春生
(南京理工大学瞬态物理国家重点实验室,江苏南京210094
摘要:在发动机爆轰管内快速优化点火起爆问题的研究中,产生稳定的爆轰波可使发动机获得稳定的推力。为明确上述过
程,采用等离子射流快速起爆,建立多相爆轰模型,应用高精度CE/SE方法数值求解,研究等离子体射流对脉冲爆轰发动机
起爆过程的影响。仿真结果表明:等离子体射流点火方式能很好的实现燃烧转爆轰过程,并形成稳定的爆轰波。射流能量
和时间对燃烧转爆轰有显著的影响,当等离子体射流充分点燃可爆混合物,继续增加射流能量和时间对燃烧转爆轰影响较
小。仿真结果对脉冲爆轰发动机的实验与设计均具有重要指导。
关键词;等离子体射流;脉冲爆轰发动机;时空守恒元与求解元方法;多相爆轰
中图分类号:T011.+1文献标识码:B
Numerical Simulation of Influence of Rapid Initiation
of Plasma Jet on Pulse Detonation Engine
LIN Ling, WENG Chun-sheng
( National Key Lab. of Transient Physics, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing Jiangsu 210094, China
ABSTRACT For how to realize fast and efficient initiation and generate steady detonation wave in the pulse detona
tion tube is one of the key technologies, a mathematical model of the plasma jet ignition and multiphase detonation
was developed to investigate the role of the plasma jet on the pulse detonation engine. The space-time conservation
element and solution element (CE/SE )method was used to solve the equations, which has the advantages of high
precision. The results show that the way of plasma jet ignition can achieve the Deflagration to Detonation Ttransition
DDT) process and finally form steady detonation. The jet energy and time have a significant impact on DDT. In
creasing the jet energy and time has less effection on Deflagration to Detonation when the plasma jet has fully ignited
the explosive mixture. It has an important guidance on the experiment and design of the pulse detonation engine by
the calculation results
KEYWORDS: Plasma jet; Pulse detonation engine; CE/SE method; Multiphase detonation
1引言
不需要很大的外部脉冲能量源,可以有效地缩短燃烧转爆轰
脉冲爆轰发动机( Pulse Detonation Engine,PDE)是一种( Deflagration to Detonation Transition,简称DDT)时间和距离。
利用脉冲式爆轰波产生的高温、高压燃气来获得推力的新概但形成这种射流条件带来的附加质量较大,系统太过复杂。
念发动机3。其具有热循环效率高、结构简单、重量轻、工等离子体射流的产生相对比较简单,等离子体射流点火具有
作范围宽等特点,在未来的航空航天与兵器领域有广阔的应点火能量大等特点,目前已经在航天、化工、能源等领域得到
用前景,极有可能成为本世纪最有发展前途的新型动力装了广泛的应用,但是将其应用到PDE中的研究还处于探索
置。由于液体燃料携帯方便,如何对气液两相PDE进行有阶段。 Wang F等人将等离子体点火应用到了脉冲爆轰
效且快速的点火起爆并形成稳定的爆轰波是当前PDE研究发动机上,比较了常规火花点火与等离子体点火对点火延迟
过程中需要解决的问题之
时间的影响,结果表明等离子体点火可以缩短点火延迟时
热射流点火是脉冲爆轰发动机目前常用的点火方式,它间。Ya等人?建立了等离子体发生器的二维轴对称计算
模型,对耦合的流体力学方程与电磁学方程进行求解,对等
基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金(200219100中离子体射流点火的丙烷/空气爆轰过程进行了数值模拟。
央高校基本科研业务费专项资金资助(2011 KQTRO5)
国内就等离子体点火对DDT的影响的研究还很少。彭
收稿日期:2013-01-07修回日期:2013-03-08
振等人”进行了等离子体点火在气液两相爆轰过程中的数
15
万方数括