【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,航空發(fā)動機(jī)目前也向著提升發(fā)動機(jī)自身性能的方向發(fā)展,在提升燃料燃燒效率的同時盡最大可能減少燃燒中污染物的大氣排放。發(fā)動機(jī)工作分為噴注、霧化、蒸發(fā)、摻混、點(diǎn)火、燃燒等幾個步驟,其中對燃燒產(chǎn)生直接影響的就是燃料與氧化劑的摻混過程,摻混的好壞將直接影響燃燒的效率,所以摻混在發(fā)動機(jī)工作過程中也是非常重要的一步,而燃燒產(chǎn)生的溫度變化也會對燃料與氧化劑摻混產(chǎn)生一定影響。所以本文基于平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)(Planar Laser Induced Fluorescence-PLIF),提出一種甲烷空氣火焰摻混與燃燒過程同步測量方法。對于甲烷與空氣的摻混過程,需要在一種氣體中添加示蹤粒子,利用示蹤粒子的熒光效應(yīng)表示燃料與氧化劑的摻混過程,實(shí)驗(yàn)中選擇用丙酮作為燃?xì)獾氖聚櫫Ｗ?對于燃燒過程,可以選擇燃燒中間產(chǎn)物OH作為燃燒場的示蹤粒子表示燃燒火焰的形態(tài)結(jié)構(gòu)。通過實(shí)驗(yàn)與理論仿真探究丙酮與OH的吸收光譜與熒光光譜,以平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)為基礎(chǔ),提出一種甲烷空氣火焰丙酮PLIF與OH-PLIF同步測量方法。搭建丙酮PLIF與OH-PLIF同步測量實(shí)驗(yàn)平臺,采用一套激光輸出設(shè)備配合一臺探測器作為實(shí)驗(yàn)裝置,探究常壓下丙酮熒光信號強(qiáng)度隨濃度的變化規(guī)律,研究鼓泡法得到的燃?xì)庵斜肿訑y帶量的穩(wěn)定性,分析近真實(shí)火箭發(fā)動機(jī)噴嘴--三股互擊燃燒器噴注氣體后流場摻混的均勻性及氣體混合比;研究冷態(tài)流場與燃燒態(tài)流場結(jié)構(gòu)上的差別,探究燃燒與流場的相互作用關(guān)系。將研究的丙酮OH雙組份同步測量方法應(yīng)用與三股互擊燃燒器產(chǎn)生的擴(kuò)散火焰上,同步測量結(jié)果與燃燒場丙酮PLIF和OH-PLIF分步測量的結(jié)果對比,得到對于三股互擊燃燒器產(chǎn)生的火焰同步測量結(jié)果結(jié)構(gòu)相似度為93.12%,得到了近真實(shí)火箭發(fā)動機(jī)的噴嘴產(chǎn)生的流場與燃燒場PLIF圖像。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文光譜范圍為 225~320nm，得到 308nm 波長激發(fā)的丙酮熒光光譜，如圖 1-1；還得到丙酮熒光強(qiáng)度隨氣流中丙酮濃度的關(guān)系。1998 年[18]，獲得了丙酮熒光信號隨激光波長、溫度變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；1999 年[19]，得到了不同激發(fā)波長下丙酮熒光強(qiáng)度與壓強(qiáng)和氣體組成成分的關(guān)系，與丙酮濃度、激發(fā)波長、溫度等基礎(chǔ)研究結(jié)合建立了一套數(shù)據(jù)體系；2001 年[20]，利用 248 nm 和 308 nm 雙波長激發(fā)，獲得不同溫度與摩爾分?jǐn)?shù)分布的丙酮 PLIF 圖像。

-2 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖（左）及 CH 與 OH 同時成像熒光圖像（右法國國家航空航天技術(shù)研究辦公室 A. Bresson[23]等人技術(shù)在超然沖壓發(fā)動機(jī)內(nèi)部，研究了超音速反應(yīng)的混合兩臺 ICCD 同時測量燃燒產(chǎn)生的 OH 自由基的濃度場場的結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化，兩臺相機(jī)在部分區(qū)域可精確對應(yīng) 測溫實(shí)驗(yàn)，測得反應(yīng)混合層的溫度分布。通過對這兩好地理解超音速燃燒的物理過程。瑞典隆德大學(xué) Bo Zhou[24]等人研究稀薄、分布反應(yīng)區(qū)，采用多組分的高分辨率 PLIF 技術(shù)，同時對 HCO、CH像。實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1-3 所示。通過三套激光器裝置可激光，調(diào)節(jié)激光脈沖間的延時，使 355 nm 激光與 28，探測器使用三臺 ICCD 可以近似同時得到三種物質(zhì) PLIF 熒光圖像如圖 1-4 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V231.2

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本文編號：2666395