Udsigten indefra supersonisk forbrænding

I en jetmotor, luftstrømmen sænkes for at øge temperaturen og trykket ved forbrænding - brændende brændstof med det rigtige forhold mellem brændstof og luft for at erobre træk giver mulighed for acceleration.

Men i supersoniske motorer opnår den rigtige flowhastighed, at producere det rigtige forhold mellem fordampet brændstof og forårsage antændelse på det rigtige tidspunkt er mere komplekst. Med fordampningsvæske i et forbrændingskammer, der er mere i spil end bare tyngdekraften og træk, især med supersoniske stødbølger i ligningen.

Hvirvler - de dynamiske strukturer skabt i en turbulent strøm - påvirkes af chokbølgen. Dette ændrer den måde, brændstoffet forbrænder og multiplicerer antallet af muligheder for, hvordan partikler kan opføre sig. For at uddybe vores forståelse af dynamikken i supersonisk flow, forskere ser til numerisk modellering for at beregne den store variation af mulige resultater i dette ændrede system.

I deres undersøgelse, udgivet i denne uge i Væskers fysik , Zhaoxin Ren, Bing Wang og Longxi Zheng så på supersonisk forbrænding i en tidsserie gennem numerisk modellering. Dette gav dem mulighed for at se, hvordan ændringer i variabler, såsom massefyldende brændstof, intensiteten af ​​chokbølgen, og de typer reflekterende og transmitterede bølger, der skabes på forskellige tidspunkter, vil påvirke tændingen.

De var i stand til kvantitativt at karakterisere indflydelsen af ​​en hændelig skrå chokbølge på storskala klippehvirvler og eksotermiske reaktioner, matematisk kortlægning af variablernes indflydelse og de resulterende bølgetyper skabt i en chokeret gas. Deres analyse etablerer en pålidelig simuleringsmetode til supersonisk forbrænding ved hjælp af matematiske modelleringsværktøjer, der er specielt designet til dette formål.

"I øjeblikket, ingen kommerciel software kan simulere det supersoniske forbrændingsproblem, fordi det kræver numeriske ordninger af høj orden for at beregne supersoniske strømme med komplicerede udviklede stød, samt korrigerede modeller til at beskrive dråbedynamikken, som vi begge omhyggeligt overvejer i vores interne simuleringskoder, "Sagde Wang, medforfatter af undersøgelsen. "Direkte numerisk simulering kan fange de fulde skalaer af strømme, der er involveret i interaktionen mellem stød og hvirvel."

Ved hjælp af en kombination af brugerdefinerede simuleringskoder og Eulerian-Lagrangian-metoden, der almindeligvis anvendes på partikelbelastede tofasestrømme, forfatterne var i stand til at køre en bred vifte af simuleringer og levere en række testcases, der informerer scramjet -motordesign. Deres analyse afslørede to inducerede forbrændingsmetoder, herunder en lokal kvasi -detonationstilstand, der opstår på grund af dannelsen af ​​en brydet bølge koblet til den kemiske reaktion.

"Scramjet-motoren er den mest fordelagtige mulighed for højhastighedsflyvning på Mach seks eller flere, "Wang sagde." At forstå den komplicerede fysiske mekanisme ved supersonisk forbrænding og virkningen af ​​hændelige stødbølger kan hjælpe ingeniører med at vælge den bedste kombination af blanding og forbrænding ved at installere bevægelige komponenter i brænderen. "