1、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（Scramjet）是高超聲速飛行器推進(jìn)的理想動(dòng)力裝置，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、儲(chǔ)運(yùn)方便、穩(wěn)定性好、不攜帶氧化劑、比沖大等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有廣闊發(fā)展前景的技術(shù)，在航空航天和國(guó)防軍事領(lǐng)域具有重要意義。在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的幾大結(jié)構(gòu)中，燃燒室是唯一的主動(dòng)件也是最重要的結(jié)構(gòu)。而燃燒室內(nèi)壁面熱流和燃?xì)廨椛鋫鳠釋?duì)壁面熱防護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和燃燒室內(nèi)超聲速燃燒的穩(wěn)定性有著重要的作用。國(guó)外學(xué)者已經(jīng)通過自定義求解器采用解耦算法對(duì)不同燃料超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)

2、熱輻射的作用及影響因素做了眾多研究，其結(jié)果表明壁面輻射熱流密度可達(dá)對(duì)流熱流密度的33％。我國(guó)雖然起步較晚，目前也已在高超聲速進(jìn)氣道、燃燒室內(nèi)點(diǎn)火，高溫下層流穩(wěn)定流中對(duì)流與輻射的耦合等方面取得一定研究成果。然而對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)熱輻射的研究，尤其是超聲速燃燒中燃燒與輻射耦合效應(yīng)的研究仍比較薄弱。
　　閉源商業(yè)CFD軟件中模型修改困難，用戶自定義函數(shù)只能有限的增加其求解功能，不能從源代碼這一根本上完成燃燒和輻射的耦合。另外，商業(yè)

3、軟件通用性較強(qiáng)，靈活性和針對(duì)性則欠缺，對(duì)新模型（如SEF-PDF）投入應(yīng)用所需時(shí)間也遠(yuǎn)長(zhǎng)于自定義求解器。因此，本文基于開源OpenFOAM平臺(tái)，建立了隨機(jī)歐拉解法（SEF-PDF），并采用Fortran語言編寫了二維P1模型及k-distribution譜帶模型，耦合軟件自帶k-ω SST模型，得到所用自定義求解器，驗(yàn)證計(jì)算燃燒室內(nèi)流動(dòng)、燃燒、燃?xì)廨椛浜捅诿鎸?duì)流及輻射熱流密度，并在燃燒與輻射耦合計(jì)算過程中考察輻射與燃燒之間的相互影響。<

4、br>　　采用文獻(xiàn)中以氫氣作為燃料的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室參數(shù)和計(jì)算條件，以燃燒/流動(dòng)與熱輻射解耦的方式模擬了流場(chǎng)和壁面熱流，與該文獻(xiàn)的結(jié)果（解耦）吻合較好，表明本文相關(guān)模型具有一定的可信度。之后，針對(duì)上述算例開展了燃燒/流動(dòng)與熱輻射的耦合計(jì)算，考察了耦合時(shí)熱輻射對(duì)燃燒和流場(chǎng)參數(shù)及壁面熱流的影響規(guī)律。通過解耦和耦合計(jì)算結(jié)果分析表明，解耦條件下壁面最大輻射熱流密度可達(dá)600kW/m2，壁面輻射與對(duì)流熱流密度之比最大處可高達(dá)40%，但最大比值

5、的位置與最大輻射熱流位置不一定相同；采用與解耦計(jì)算完全相同的條件進(jìn)行耦合計(jì)算后發(fā)現(xiàn)燃?xì)庾罡邷囟冉档徒?00K，這可能會(huì)影響到燃燒的穩(wěn)定性甚至導(dǎo)致熄火；耦合計(jì)算中壁面最大輻射熱流密度為570kW/m2。利用耦合算法考察了燃料速度、燃燒室體積等因素對(duì)燃燒效果和壁面輻射熱流密度的影響。由計(jì)算結(jié)果可知，隨著燃料入射速度減半，壁面輻射熱流密度降低了8%。燃燒室增大則熱輻射的作用更加顯著，比如體積增大到3.4倍，壁面輻射熱流密度最大值增大42%。<

6、br>　　為了考察熱輻射對(duì)點(diǎn)火的影響，采用乙烯為燃料，模擬帶回流區(qū)和節(jié)流閥的燃燒室的流場(chǎng)、燃燒及熱輻射情況。首先模擬了在不同節(jié)流閥高度下燃燒室內(nèi)的流場(chǎng)，探究了節(jié)流閥在固定激波位置和強(qiáng)度、增強(qiáng)摻混方面的作用；同時(shí)與文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，模擬所得不同節(jié)流閥高度下流場(chǎng)壓強(qiáng)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，進(jìn)一步驗(yàn)證所建立求解器對(duì)流場(chǎng)模擬的準(zhǔn)確性。采用耦合算法計(jì)算了節(jié)流閥高度分別為0和21.84cm時(shí)在0.2ms（點(diǎn)火階段）流場(chǎng)內(nèi)溫度、壓力、主要燃燒產(chǎn)物摩爾分