[发明专利]超燃冲压发动机的燃烧效率的一维评价方法

摘要

超燃冲压发动机的燃烧效率的一维评价方法，它涉及一种发动机的燃烧效率的评价方法。本方法实现对燃烧工况经济性能的快速评估；并扩大现有一维评价方法的适用范围并使之具有普适性。本方法的主要步骤为：确定入口条件及压力分布、给出燃烧效率初值η₀、确定燃烧室截面各成分质量分数g、确定燃烧混合物温度T_kc、求出燃烧混合物焓值H_kc及平均分子量μ_kc、求出燃烧室截面当地声速a及马赫数M、确定燃烧室壁面摩擦系数c_f及沿流动方向耗散力X_o、求出燃烧混合物流速w、燃烧室壁面热流q_w、燃烧效率计算值η、判断燃烧效率与初值是否相同。应用本方法可以对超声速燃烧效率及相关热动和气动参数进行快速分析，并最终得到燃烧效率及相关参数沿燃烧室轴向的一维分布规律。

主权项

1、一种超燃冲压发动机的燃烧效率的一维评价方法，其特征在于：所述评价方法是按照以下步骤实现的：步骤一、确定燃烧室入口条件及压力分布：通过试验或者数值模拟得到超燃冲压发动机燃烧室壁面压力分布情况，根据物性分析软件建立燃烧室中各组分的分子量及焓值数据库，建立分子量及焓值与压力、温度及混合物组成的函数关系μ(p，T，α)及H(p，T，α)；已知燃烧室入口总质量流量和各成分所占分数，确定G_τ、G_o、L_oτ、α、H_BX^*和I_BX，利用燃烧效率与各组分质量分数间的相互转化，联立动量方程、能量方程、流量方程和气体状态方程构成的基本方程组耦合求解，上述四个基本方程如(1)至(4)式所示：IBX+∫FσokpkcdF→-Xo=Ikc=GΣwkc+pkcFkc---(1)]]>HBX*-QGΣ=gτkcHτ(pτkc,Tkc,α=0)+gokcHo(pokc,Tkc,α=∞)+gnckcHnc(pnckc,Tkc,α=1)+wkc22---(2)]]>ρBXwBX=αLoτ1+αLoτρkcwkcF‾kc---(3)]]>pkc=ρkcRμkcTkc---(4)]]>其中，I为冲量；X_o为燃烧室沿流动方向耗散力；G_∑为总工质质量流量；F为面积，F_kc为相对截面积，F_kc＝F_kc/F_BX；H(p，T，α)为比焓函数，特别H_BX^*为燃烧室入口总比焓；Q为燃烧室壁面热流；g为质量分数；μ(p，T，α)为分子量函数；L_oτ为氧化剂对燃料的化学当量系数；α为氧化剂过氧系数α=GoGτLoτ,]]>G_τ和G_o分别为实际给定的燃料和氧化剂质量流量；w为燃烧室内工质流速；R为通用气体常数；ρ为工质密度；T表示静温；其中，对下脚标的解释：“kc”表示燃烧室某一截面处，“BX”表示入口截面处，“σok”表示燃烧室侧壁面，“τ”表示燃料层，“o”表示氧化剂层，“nc”表示燃烧产物层；脚标“τkc”表示燃烧室某一截面处燃料层，变量“μ_kc”表示燃烧混合物平均分子量，F_kc为燃烧室某一截面处横截面积；步骤二、给出燃烧效率初值η₀：η=ηnpakηmeop=GτczG‾τ=GoczG‾o---(5)]]>步骤三、确定燃烧室截面各成分质量分数g：gτkc=Gτ-GτczGΣ=gτ(1-η0αv)---(6)]]>gokc=Go-GoczGΣ=go(1-η0αv-1)---(7)]]>gnckc=Gτcz+GoczGΣ=η0(gταv+goαv-1)---(8)]]>1μkc=gτkcμτkc(pτkc,Tkc,α=0)+gokcμokc(pokc,Tkc,α=∞)+gnckcμnckc(pnckc,Tkc,α=1)---(9)]]>其中，η_npak为实际反应效率；η_meop为理论反应效率；η为燃烧完全系数定义的计算燃烧效率；G_τ和G_o分别为燃料完全燃烧时，理论上应反应完的燃料和氧化剂质量流量；G_τcz和G_ocz分别为实际反应完的燃料与氧化剂质量流量；v为计算系数，规定α≤1，v＝1；α≥1，v＝0；步骤四、确定燃烧混合物温度：结合气体状态方程(4)式及(9)式确定燃烧混合物温度T；步骤五、求出燃烧混合物焓值及平均分子量μ_kc：结合物性分析软件ASPEN得出燃烧混合物焓值及入口燃烧混合物平均分子量；步骤六、求出燃烧室截面当地声速a及马赫数M：结合动量方程(1)式、流量方程(3)式求出燃烧室截面当地声速及马赫数；步骤七、确定燃烧室壁面摩擦系数c_f及沿流动方向耗散力X_o：结合动量方程(1)式、流量方程(3)式得出燃烧室壁面摩擦系数及沿流动方向耗散力；步骤八、求出燃烧混合物流速w：步骤九、求出燃烧室壁面热流q_w：步骤十、求出燃烧效率计算值η：结合能量方程(2)式及(6)至(8)式，得到燃烧效率计算式(24)式：η=HBX*-QGΣ-goHo(pokc,Tkc,α=∞)-gτHτ(pτkc,Tkc,α=0)-wkc22(goαv-1+gταv)Hnc(pnckc,Tkc,α=1)-goαv-1Ho(pokc,Tkc,α=∞)-gταvHτ(pτkc,Tkc,α=0)---(24)]]>其中燃烧室壁面热流计算采用雷诺近似法：Q=∫FσokqwdFσok---(25)]]>qw=cf2ρkcwkcS(I)(Hr-Hw)---(26)]]>S(I)=2qwcfρkcwkc(Hr-Hw)---(27)]]>Hr=Hkc+rwkc22---(28)]]>其中，S(I)为雷诺相似参数；H_r为恢复焓；H_w为壁面气体焓；q_w为燃烧室壁面单位热流；步骤十一、判断燃烧效率与初值是否相同：比较η与给定初值η₀是否相同，如果是，则执行步骤十二；否则回到步骤二，循环迭代，直至得到满足精度要求的燃烧效率数值η；步骤十二、结束。