內燃波轉子復雜波系及火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯?/H1>
發(fā)布時間：2020-06-22 12:12
【摘要】：內燃波轉子作為一種新概念燃燒裝置,具有波轉子預增壓和高效等容燃燒的優(yōu)勢,能夠顯著的提高各種發(fā)動機和機械的性能。通過在特殊環(huán)境下產(chǎn)生的壓縮波、激波等不穩(wěn)定的復雜波系對氣流進行壓縮實現(xiàn)預增壓,同時采用爆燃或爆震模式實現(xiàn)高熱力學循環(huán)效率的等容燃燒。本文以內燃波轉子為研究對象,采用數(shù)值和實驗方法,開展了內燃波轉子復雜波與火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯?同時探討了不同堵塞比擾流片、不同混氣填充速度、不同氮氣稀釋度混氣、不同熱射流組分等對其波與火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊�。主要研究成果如�?(1)針對燃燒過程的數(shù)值模擬,采用直接關系圖法(DGR)、準穩(wěn)態(tài)假設法(QSSA)以及敏感性分析法,建立了一種23組分55步基元反應的簡化機理。分別從乙烯的點火延遲時間、火焰?zhèn)鞑ニ俣纫约叭紵^程組分濃度等方面與詳細機理進行寬條件范圍的對比驗證,驗證了簡化機理能夠很好的應用于乙烯燃燒過程模擬。(2)通過分析內燃波轉子的結構和工作過程,建立了三種簡化內燃波轉子計算模型,具體包括:單通道二維內燃波轉子計算模型、全通道二維內燃波轉子計算模型和全通道三維內燃波轉子計算模型。依據(jù)內燃波轉子的流動、燃燒特征,確定了可用于內燃波轉子工作過程模擬的計算方法。(3)詳細分析了單通道二維內燃波轉子波與火焰的相互作用過程,一般分三個階段:一是波引領著火焰鋒面加速傳播,二是波撞擊端壁后反射并作用火焰鋒面,三是波繼續(xù)撞擊端壁后反射并追趕火焰鋒面。加入擾流片后波與火焰在第一階段就完成了耦合,隨著擾流片堵塞比的增加波與火焰耦合時的時間和距離都在減小。氮氣稀釋度到達0.8后,由于燃燒過程強度在減弱,火焰在第一階段無法加速至與燃燒波耦合。詳細分析了全通道二維內燃波轉子波與火焰的相互作用過程,考慮混氣填充過程后,波與火焰很快的耦合在一起了,然后以爆震波的形態(tài)在波轉子通道內傳播,待傳播至燃料與空氣分界面處,波與火焰出現(xiàn)了解耦。此后,波撞擊端壁在通道內來回運動,火焰繼續(xù)向前傳播直至將通道內預混氣消耗殆盡。混氣填充速度增大后越有利于預增壓過程,但是,混氣填充速度過大時,會出現(xiàn)混氣溢出波轉子通道的情況,此后,繼續(xù)增加混氣填充速度時,反而不利于之后的點火過程。詳細分析了全通道三維內燃波轉子波與火焰的相互作用過程。在此模型下,波與火焰并未能實現(xiàn)耦合,但是整個過程平均火焰?zhèn)鞑ニ俣冗_到106.6m/s,實現(xiàn)了快速燃燒模式。排氣密封板打開,波轉子通道內的高溫、高壓燃氣向外排出,會產(chǎn)生一系列膨脹波,向通道內傳播的膨脹波能夠降低通道內的壓力和溫度,有利于下個工作循環(huán)的填充氣過程。(4)針對多循環(huán)單通道內燃波轉子實驗系統(tǒng),開展了不同堵塞比擾流片對其壓力增益及火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯?研究結果表明:擾流片的存在能夠極大的提高波轉子通道內的壓力波強度,在堵塞比為38.91%時,PT2處壓力峰值相較于沒有擾流片時提高了200%。同時隨著擾流片堵塞比的增加火焰平均傳播速度增加。在Br=38.91%時能夠獲得最大平均火焰?zhèn)鞑ニ俣?9.173m/s。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK16
【圖文】：
推動航空發(fā)動機朝著高性能方向發(fā)展，對于燃燒室設計者來說，是提高渦輪入口燃氣溫度，通常稱這種方法為傳統(tǒng)提高航空發(fā)動設計新型燃燒室結構，利用高效的等容燃燒模式替換傳統(tǒng)的等壓燒室為新概念燃燒室[4-5]。根據(jù)文獻[6-8]的記載，定容燃燒的熱循定容燃燒的熱循環(huán)效率到達 49%時，相同壓氣機出口和渦輪入口7%。對于第一個發(fā)展方向，渦輪入口溫度現(xiàn)階段已經(jīng)發(fā)展到極限制，想要進一步提高十分困難，因此，現(xiàn)階段對第二種方法探索了一系列新概念燃燒室，比如脈沖爆震發(fā)動機、內燃波轉子等。子（Internal Combustion Wave Rotor，ICWR）采用高效等容燃燒氣端、波轉子通道、排氣端和點火器等。如圖 1.1 所示，波轉子構，波轉子通道與進、排氣端之間滑動接觸，通常采用滑動密封端口，波轉子通道通過軸承固定在軸上。內燃波轉子工作時采用子通道高速旋轉，而進、排氣端處于靜止狀態(tài)，使得進、排氣端子通道，產(chǎn)生復雜的運動波系，實現(xiàn)能量的交換。在燃料填充波子通道點燃混氣，完成高效等容燃燒過程，之后排氣端口打開完成
內燃波轉子復雜波系及火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯哭D子的工作過程作簡單的劃分，如圖 1.2 所示，主要包括六個工作氣端口處于打開狀態(tài)、排氣端口處于關閉狀態(tài)，此時，波轉子通滿空氣；（II）進、排氣端關閉，熱射流進入波轉子通道點燃波燃燒過程；(III)燃燒完成后通道內充滿高溫、高壓燃氣，此時，子通道外，同時產(chǎn)生一束向波轉子通道上游方向傳播的膨脹波；(，此時，填充空氣，目的是為了隔離上一個循環(huán)產(chǎn)生的高溫燃氣轉子通道進、排氣端口均處于打開狀態(tài)，進氣端口填充預混氣；然關閉，此時，進氣端口仍處于打開狀態(tài)，在波轉子通道排氣端產(chǎn)波轉子的預壓縮過程。分析內燃波轉子的工作過程，有兩個明顯燒。 【參考文獻】
相關期刊論文 前6條
1 劉愛科;李樹豪;王繁;李象遠;;乙烯氧化動力學機理簡化[J];推進技術;2015年01期
2 陳鑫;于錦祿;何立明;楊帆;;脈沖爆震發(fā)動機熱力循環(huán)性能分析[J];空軍工程大學學報(自然科學版);2011年02期
3 李建中;王家驊;;煤油/空氣脈沖爆震發(fā)動機強化燃燒裝置[J];航空動力學報;2007年04期
4 何小民;王家驊;;圓環(huán)片擾流器對爆震燃燒特性的影響[J];航空動力學報;2005年06期
5 劉大響,金捷;21世紀世界航空動力技術發(fā)展趨勢與展望[J];中國工程科學;2004年09期
6 劉大響;航空發(fā)動機技術的發(fā)展和建議[J];中國工程科學;1999年02期
相關會議論文 前1條
1 馬素剛;仲峰泉;張新宇;;基于簡化機理的乙烯/空氣非預混燃燒過程的大渦模擬研究[A];中國力學大會-2015論文摘要集[C];2015年
相關博士學位論文 前1條
1 趙煒;熱射流起爆及其在脈沖爆震發(fā)動機上應用的技術研究[D];南京航空航天大學;2015年
本文編號：2725657
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/dongligc/2725657.html
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK16
【圖文】：
推動航空發(fā)動機朝著高性能方向發(fā)展，對于燃燒室設計者來說，是提高渦輪入口燃氣溫度，通常稱這種方法為傳統(tǒng)提高航空發(fā)動設計新型燃燒室結構，利用高效的等容燃燒模式替換傳統(tǒng)的等壓燒室為新概念燃燒室[4-5]。根據(jù)文獻[6-8]的記載，定容燃燒的熱循定容燃燒的熱循環(huán)效率到達 49%時，相同壓氣機出口和渦輪入口7%。對于第一個發(fā)展方向，渦輪入口溫度現(xiàn)階段已經(jīng)發(fā)展到極限制，想要進一步提高十分困難，因此，現(xiàn)階段對第二種方法探索了一系列新概念燃燒室，比如脈沖爆震發(fā)動機、內燃波轉子等。子（Internal Combustion Wave Rotor，ICWR）采用高效等容燃燒氣端、波轉子通道、排氣端和點火器等。如圖 1.1 所示，波轉子構，波轉子通道與進、排氣端之間滑動接觸，通常采用滑動密封端口，波轉子通道通過軸承固定在軸上。內燃波轉子工作時采用子通道高速旋轉，而進、排氣端處于靜止狀態(tài)，使得進、排氣端子通道，產(chǎn)生復雜的運動波系，實現(xiàn)能量的交換。在燃料填充波子通道點燃混氣，完成高效等容燃燒過程，之后排氣端口打開完成
內燃波轉子復雜波系及火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯哭D子的工作過程作簡單的劃分，如圖 1.2 所示，主要包括六個工作氣端口處于打開狀態(tài)、排氣端口處于關閉狀態(tài)，此時，波轉子通滿空氣；（II）進、排氣端關閉，熱射流進入波轉子通道點燃波燃燒過程；(III)燃燒完成后通道內充滿高溫、高壓燃氣，此時，子通道外，同時產(chǎn)生一束向波轉子通道上游方向傳播的膨脹波；(，此時，填充空氣，目的是為了隔離上一個循環(huán)產(chǎn)生的高溫燃氣轉子通道進、排氣端口均處于打開狀態(tài)，進氣端口填充預混氣；然關閉，此時，進氣端口仍處于打開狀態(tài)，在波轉子通道排氣端產(chǎn)波轉子的預壓縮過程。分析內燃波轉子的工作過程，有兩個明顯燒。
【參考文獻】
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1 劉愛科;李樹豪;王繁;李象遠;;乙烯氧化動力學機理簡化[J];推進技術;2015年01期
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