氨/氢混合燃料斜爆震波起爆特性的数值模拟研究及其在航空航天推进系统的应用

本文推荐研究采用Navier-Stokes方程耦合详细化学反应模型，对30 km高空氨/氢/空气混合物的斜爆震波（ODW）起爆特性进行数值模拟。研究发现，纯氨燃料中马赫数（Ma）从10增至12时，斜激波（OSW）向ODW的转变形式由突变型转为平滑型，且诱导区特征长度缩短十倍以上；氢添加显著缩短诱导区长度并减弱压缩波强度，而高Ma条件下氨燃料能产生比纯氢更高的压力。该研究为零碳燃料在斜爆震发动机（ODE）中的应用提供了理论支撑。

　　

Novelty and significance statement

创新性与意义声明

1. 1.

   纯氨气中的斜爆震结构高度依赖马赫数（Mach number）。随着马赫数增加，诱导区特征长度缩短，转变形式逐渐从突变型转为平滑型。

2. 2.

   氢添加可缩短特征长度，减弱诱导区内的压缩波（compression waves），并形成平滑过渡结构。氢比例对驻留窗口（standing window）影响较小。

3. 3.

   当氢比例增加时，高氢低氨混合燃料的诱导区特征长度甚至短于纯氢燃料。

Conclusions

结论

本文通过耦合详细化学反应模型的Navier-Stokes方程，研究了氨/氢/空气混合物中斜爆震诱导区的起爆特性，主要结论如下：

• •

  纯氨斜爆震波结构强烈依赖来流马赫数变化，压缩波导致流场结构复杂化。马赫数升高时，诱导区特征长度缩短，转变形式从突变型过渡为平滑型。

• •

  氢添加使诱导区特征长度显著缩短，压缩波强度减弱，并形成平滑过渡结构。值得注意的是，高氢低氨混合燃料的诱导区长度甚至优于纯氢燃料。

• •

  在相同当量比下，氨燃料斜爆震波能产生比纯氢更高的压力，且该效应在高马赫数条件下尤为显著。

（注：翻译保留原文专业术语如Mach number、compression waves等，并通过小括号标注英文缩写，同时采用生命科学领域常见的生动表述如"流场结构复杂化""平滑过渡"等增强可读性。）