在高速低壓環(huán)境下沖壓燃燒室燃燒時存在著很多問題,突出表現(xiàn)為燃燒效率不高,這從根本上要追溯到在高速低壓環(huán)境下燃油的霧化問題。為了解決上述問題,本研究開展高速低壓環(huán)境下燃油霧化特性研究,這對今后改善沖壓燃燒室內(nèi)供油、提高燃油霧化質(zhì)量從而解決燃燒室的燃燒效率問題有著重要的意義。本文主要的研究工作內(nèi)容從兩個方向開展:一是完成了對高速低壓環(huán)境下燃油霧化特性的數(shù)值模擬研究,另一個是同時采用PIV開展試驗研究,并用圖像處理技術(shù)獲得燃油軌跡和粒徑信息。兩部分工作針對高速低壓環(huán)境下燃油穿透深度、燃油霧化粒徑和燃油濃度空間分布特性互相補充和完善。本研究主要變量包含空氣溫度T(300~800K)、環(huán)境壓力P(0.02~0.05MPa)、馬赫數(shù)Ma(0.17~0.25)、噴油壓差△P_f(0.2~1MPa)、余氣系數(shù)?(2.85~5.53)、噴油桿距離穩(wěn)定器尾緣位置L(100~200mm)。研究結(jié)果表明:(1)燃油穿透深度隨著噴油壓差、來流馬赫數(shù)、余氣系數(shù)、噴油孔徑的增大而增大,隨著空氣溫度、環(huán)境壓力的增大而減小;(2)燃油粒徑影響因素較多,往往不是因為某個因素變化而單調(diào)變化。隨著油壓差增加,在距離噴嘴較近的距離內(nèi),霧化變差,隨著距離增加燃油霧化趨勢較為接近;隨著溫度增加,在高于常溫的范圍內(nèi),霧化效果會比常溫好,但也可能出現(xiàn)某個高溫效果會稍微變差;隨著空氣壓力增加,燃油霧化也會變差;隨著馬赫數(shù)增加,燃油粒子破碎的數(shù)量更多,但沿程的粒徑變化則是在噴嘴出口反而變大,后段比較接近;韋伯?dāng)?shù)對燃油霧化粒徑有一定的影響,但單一的韋伯?dāng)?shù)還不足以描述粒徑變化規(guī)律。(3)燃油的空間分布在不同空空氣熱力力參數(shù)下,總是有同一個規(guī)律:隨著徑向或流向距離增大,燃油的濃度逐漸減小。本文的研究結(jié)果對沖壓燃燒室在高速低壓環(huán)境下的燃油霧化特性提供了參考依據(jù),同時對沖壓燃燒室在高速低壓環(huán)境下的設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V231.2
【部分圖文】：

第1章 緒 論背景世紀人類實現(xiàn)有動力飛行以來，提高飛行器飛行速度和高度一直是研究人行速度和高度的提升很大程度上依賴于發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展。隨著戰(zhàn)略發(fā)度的提高和飛行邊界的拓寬，飛行器所處空間環(huán)境變得越來越惡劣。由動機得到了越來越多的關(guān)注。沖壓發(fā)動機是吸氣式發(fā)動機的一種類型，它作為全部或者部分氧化劑，與自身攜帶的化學(xué)燃料進行反應(yīng)。按照燃料沖壓發(fā)動機主要分為三類：液體沖壓發(fā)動機（FLRJ）、固體燃料沖壓發(fā)箭沖壓發(fā)動機(SDR)。其中，液體沖壓發(fā)動機這三種沖壓發(fā)動機中發(fā)展術(shù)最成熟的一種。它具有液體流量容易調(diào)節(jié)、高能量、高效率等優(yōu)點，角飛行時燃燒不穩(wěn)定、流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)復(fù)雜等缺點[1]。 1.1[2]給出了幾種常見發(fā)動機的工作空間范圍，圖中顯示沖壓發(fā)動機工作上，這就會帶高速低壓環(huán)境的問題。

角只受孔徑和長徑比的輕微影響，主要取決于液體的粘度和表面張力以流度的增加增加了射流中速度的徑向分量與軸向分量的比率，從而導(dǎo)致霧化過程實質(zhì)上是將大體積液體轉(zhuǎn)化為小液滴的過程。基本上，它可以認力的作用而破壞表面張力的凝聚影響。在沒有這種破碎力的情況下，表拉成球形，因為這樣具有最小的表面能。液體粘度通過阻止液體幾何形狀作用。另一方面，作用在液體表面上的氣動力可以通過對液體施加外部程。當(dāng)破碎力的大小剛好超過固結(jié)表面張力時，就會發(fā)生破碎[7]。的射流式噴嘴的霧化分為初次霧化和二次霧化。如圖 1.3 初次霧化是指燃從噴嘴射出以后，首先形成圓形射流，然后發(fā)生破碎，產(chǎn)生形狀大小各不微團，包括團狀微團，塊狀微團以及細小的燃油液滴[10]。而二次霧化則生的液體大尺度微團在與氣流的相互作用中繼續(xù)破碎，形成更小的液滴程中產(chǎn)生的較大液滴是不穩(wěn)定的，在二次霧化進一步破碎成較小液滴。液滴尺寸的最終范圍不僅取決于初級霧化中產(chǎn)生的液滴尺寸，還取決于二液滴進一步分解的程度。

霧汽液兩相濃度的分布影響很大。燃油噴霧形態(tài)的發(fā)展變化是一個瞬態(tài)力條件下，油汽液兩相噴霧低端都逐漸加寬，具有較大的噴霧汽化量。減小至 0.01MPa，油噴霧汽化量增加，此在噴霧氣液兩相發(fā)展過程中會出境壓力也是影響燃油噴霧發(fā)展形態(tài)的重要因素。為了研究低壓環(huán)境下燃料的過熱度、噴射壓力和噴嘴幾何結(jié)構(gòu)對噴霧形均直徑等噴霧特性的影響，測量了不同環(huán)境壓力下的煤油泡點溫度，給溫度的經(jīng)驗關(guān)系式。將過熱的航空煤油通過直射式噴嘴噴入低壓容器中件下的噴霧試驗。使用高速攝影儀和激光粒度儀進行拍攝和測量，到了平均直徑數(shù)據(jù)和噴霧圖片。結(jié)果表明，過熱度的增加、噴射壓力的增加都能夠改善煤油的噴射霧化效果。[22]試驗證明環(huán)境壓力的大小對霧化效果有非常大的影響隨著環(huán)境壓力增大，且環(huán)境壓力對 SMD 的影響要遠大于霧化壓力。同時，環(huán)境壓力影響，隨著環(huán)境壓力的逐步加大，霧化錐角經(jīng)歷了一個先減小后增大的變壓力的增大，點環(huán)境壓力值有增大的趨勢。不同環(huán)境壓力下的霧化效果如沒有給出高速氣流條件的影響，且霧化方式限制在氣泡霧化。

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本文編號：2823733