气流振荡场中平面液膜失稳的理论及实验研究

【作者】 贾伯琦； 何伯述；

【机构】 北京交通大学机械与电子控制工程学院动力系；

【摘要】 液体火箭发动机中可能出现不稳定燃烧,由不稳定燃烧引起的燃烧室压力振荡对推进系统的正常工作有着重要的影响,甚至可能对发动机结构造成破坏。燃烧室的压力振荡会引起同轴喷嘴中的气流振荡,对雾化产生强烈影响,并反馈到燃烧过程中,因此对气流振荡场中推进剂雾化行为的研究有着重要的科学意义和应用价值。本文以气流振荡场中粘性平面液膜为研究对象,首先采用理论分析方法,引入Floquet理论,求解表面波的参数不稳定,获得了矩阵形式的色散关系,发现了K-H不稳定和参数不稳定的不同失稳形式,深入分析了这些失稳形式产生的物理机制。其次,搭建了雾化实验系统,开发了增长率测量程序,并对其有效性进行了验证。最后,分别对定常气流和振荡气流中平面液膜的失稳进行了雾化实验研究,拍摄了表面波形态,对表面波形态进行了定性分析,并对增长率进行了测量。将气流定常工况作为对照组,测量了表面波增长率,获得了线性理论的适用范围;对处于该范围内的振荡气流工况增长率进行测量,深入分析了溶液浓度、液体韦伯数、气体韦伯数、气流振荡振幅、气流振荡频率等因素对液膜失稳的影响规律。更多还原