本文關鍵詞：高溫風洞燃燒加熱系統(tǒng)動態(tài)響應特性建模及應用研究

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【摘要】：燃燒加熱高溫風洞是進行高超聲速推進、氣動/推進一體化、材料和結構考核試驗的主力設備。燃燒加熱系統(tǒng)是此類風洞的核心子系統(tǒng),其研制和調(diào)試一旦出現(xiàn)低頻振蕩燃燒或起動過沖等系統(tǒng)動力學問題,將影響風洞性能和安全、正常運行,是風洞研制的技術難點和風險之一。中國空氣動力研究與發(fā)展中心正在研制國際上最大尺度的燃燒加熱高溫風洞,為了降低技術風險,迫切需要開展燃燒加熱系統(tǒng)動態(tài)特性研究。本文針對高溫風洞燃燒加熱系統(tǒng)的組成、工作特點,借鑒液體火箭發(fā)動機系統(tǒng)動力學理論和研究成果,開展高溫風洞燃燒加熱系統(tǒng)動態(tài)特性部組件動力學建模和仿真,并對計算方法和模型進行驗證,然后針對典型工程問題開展應用研究,主要工作如下:(1)建立了適用于燃燒加熱系統(tǒng)的動力學模型,包括常溫液體或氣體管道模型、低溫管道模型、分支及容腔模型、閥門及限流孔板模型、氣液容腔模型、空氣文氏管及汽蝕文氏管模型、噴注器模型、燃燒室模、噴管模型以及充填及吹除模型。(2)利用激波管黎曼問題和管道充填水擊問題開展計算方法和模型的對比驗證,并探索模塊化仿真的可行性。其中,激波管計算的密度、速度、壓力和溫度沿程分布,與解析解吻合良好,準確地捕捉了激波和接觸間斷;管道充填水擊問題中計算的壓力—時間曲線與試驗結果吻合良好。以上結果表明,結合Simulink自定義S函數(shù)擴展系統(tǒng)動態(tài)響應特性的功能模塊,可實現(xiàn)模塊化仿真,能拓展至工程應用。(3)針對引壓管動態(tài)響應特性、燃燒加熱系統(tǒng)空氣冷態(tài)調(diào)試起動過程及點火起動過程三個典型工程問題開展仿真分析,并進行對比驗證試驗。結果表明,基于Simulink環(huán)境建立的仿真工具,能實現(xiàn)多種部組件復雜系統(tǒng)的動態(tài)特性仿真,結果可信,可為高溫風洞燃燒加熱系統(tǒng)設計優(yōu)化及故障分析提供一定指導和幫助。
【關鍵詞】：燃燒 系統(tǒng) 動力學 高溫風洞 仿真
【學位授予單位】：中國空氣動力研究與發(fā)展中心
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V211.74
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 主要符號表10-12
• 第一章 引言12-20
• §1.1 研究背景和意義12-14
• §1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢14-18
• §1.2.1 液體推進系統(tǒng)動力學模型14-17
• §1.2.2 數(shù)值計算方法17
• §1.2.3 仿真軟件開發(fā)與應用17-18
• §1.3 本文研究內(nèi)容18-20
• 第二章 燃燒加熱系統(tǒng)動態(tài)特性建模20-38
• §2.1 概述20
• §2.2 供應系統(tǒng)動力學模型20-30
• §2.2.1 有限元狀態(tài)變量模型20-21
• §2.2.2 液體管道21-22
• §2.2.3 氣體管道22-24
• §2.2.4 低溫管道24-26
• §2.2.5 容腔及管道分支26-28
• §2.2.6 閥門及孔板28-29
• §2.2.7 汽蝕文氏管及聲速文氏管29-30
• §2.3 燃燒加熱器動力學模型30-33
• §2.3.1 噴注器31-32
• §2.3.2 燃燒室32-33
• §2.3.3 噴管33
• §2.4 充填（吹除）過程動力學模型33-37
• §2.4.1 常溫管道充填33-35
• §2.4.2 低溫管道充填35-37
• §2.4.3 分支及容腔充填37
• §2.4.4 吹除過程37
• §2.5 本章小結37-38
• 第三章 仿真方法及驗證38-50
• §3.1 概述38
• §3.2 Simulink及S函數(shù)簡介38-39
• §3.3 微分方程數(shù)值方法39-41
• §3.3.1 顯式龍格—庫塔（4,5）算法39-40
• §3.3.2 變階次Adams-Bashforth-Moulton算法40
• §3.3.3 TR-BDF2算法40-41
• §3.3.4 算法選擇41
• §3.4 一維激波管黎曼問題驗證41-43
• §3.4.1 數(shù)學物理模型41-42
• §3.4.2 仿真方法及結果分析42-43
• §3.5 管道充填驗證43-47
• §3.5.1 數(shù)學物理模型43-44
• §3.5.2 試驗系統(tǒng)及計算方法44-45
• §3.5.3 計算及試驗對比分析45-47
• §3.6 本章小結47-50
• 第四章 應用研究50-66
• §4.1 概述50
• §4.2 引壓管響應特性50-56
• §4.2.1 數(shù)學物理模型51
• §4.2.2 試驗系統(tǒng)及計算方法51-52
• §4.2.3 引壓管直徑影響52-54
• §4.2.4 引壓管長度影響54-56
• §4.3 空氣冷態(tài)調(diào)試起動響應特性56-61
• §4.3.1 數(shù)學物理模型57-58
• §4.3.2 試驗系統(tǒng)及計算方法58-59
• §4.3.3 計算及試驗對比分析59-61
• §4.4 燃燒加熱系統(tǒng)點火起動過程響應特性61-64
• §4.4.1 數(shù)學物理模型61
• §4.4.2 試驗系統(tǒng)及計算方法61-63
• §4.4.3 計算及試驗對比分析63-64
• §4.5 本章小結64-66
• 第五章 總結與展望66-70
• §5.1 研究工作總結66-67
• §5.2 工作展望67-70
• 致謝70-72
• 參考文獻72-78
• 攻讀學位期間發(fā)表論文情況78

【參考文獻】

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本文編號：1021475