航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的實(shí)際燃燒情況難以直接通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量,想要詳細(xì)了解燃燒室中的燃燒過(guò)程和流場(chǎng)結(jié)構(gòu),研究湍流與燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)之間的相互作用,預(yù)測(cè)排放物的生成,就需要采用燃料的燃燒反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行數(shù)值模擬。然而航空煤油的組分復(fù)雜,目前尚未能對(duì)航空煤油中所有組分的燃燒反應(yīng)進(jìn)行描述。對(duì)此一種有效的解決方法就是發(fā)展包含簡(jiǎn)單組分的模擬替代燃料,并構(gòu)建對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。為了獲得一種新的RP-3航空煤油的五組分替代燃料,并了解其層流燃燒特性,本論文進(jìn)行了如下工作:對(duì)國(guó)產(chǎn)RP-3航空煤油的主要物理特性進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試,通過(guò)對(duì)航空煤油物化特性的綜合考量,選擇了平均分子量、氫碳比、十六烷值和低熱值四個(gè)參數(shù)作為主要遴選指標(biāo),并根據(jù)遴選指標(biāo)初步確定了模擬替代燃料的組分。通過(guò)優(yōu)化計(jì)算得出了最優(yōu)組分配比,提出了一種新的RP-3航空煤油的五組分模擬替代燃料,包含摩爾分?jǐn)?shù)為14%的正癸烷、10%的正十二烷、30%的異十六烷、36%的甲基環(huán)己烷和10%的甲苯。在定容燃燒試驗(yàn)裝置中對(duì)正癸烷、正十二烷、異十六烷、甲基環(huán)己烷和甲苯五種單組分燃料進(jìn)行了層流燃燒特性的試驗(yàn)測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)量比對(duì)單組分燃料火焰發(fā)展特性的影響較大;單組分燃料的層流燃燒速率隨著當(dāng)量比增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。隨著初始溫度增加或初始?jí)毫档?層流燃燒速率明顯降低。此外,當(dāng)量比對(duì)火焰穩(wěn)定性的影響較為明顯,馬克斯坦長(zhǎng)度隨著當(dāng)量比增加逐漸減小,火焰前鋒面隨之變?yōu)椴环�(wěn)定狀態(tài);初始溫度變化對(duì)燃燒穩(wěn)定性的影響較小;而初始?jí)毫υ诓煌?dāng)量比下對(duì)馬克斯坦長(zhǎng)度的影響不相同。在定容燃燒試驗(yàn)裝置中對(duì)五組分模擬替代燃料進(jìn)行了層流燃燒特性的試驗(yàn)測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著當(dāng)量比從0.8增加到1.5,五組分模擬替代燃料的層流燃燒速率先增大后減小;受混合燃料中各組分的燃燒特性對(duì)溫度的敏感性差異影響,不同初始溫度下的層流燃燒速度速率在當(dāng)量比1.3-1.4之間出現(xiàn)交叉;壓力升高使層流燃燒速率減小,同時(shí)層流燃燒速率的最大值對(duì)應(yīng)的當(dāng)量比減小。馬克斯坦長(zhǎng)度隨當(dāng)量比增大逐漸減小,火焰前鋒面變得越來(lái)越不穩(wěn)定;初始溫度變化對(duì)混合燃料火焰前鋒面不穩(wěn)定性的影響不明顯;區(qū)別于單組分燃料,混合燃料的馬克斯坦長(zhǎng)度隨著壓力升高單調(diào)減小,并且當(dāng)量比越大時(shí)這種趨勢(shì)越明顯。將五組分混合燃料的層流燃燒速率與RP-3航空煤油進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)結(jié)果基本吻合,說(shuō)明該五組分替代燃料可以對(duì)RP-3航空煤油的燃燒特性進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。
【學(xué)位單位】：沈陽(yáng)航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V312
【部分圖文】：

圖 1.1 “昆侖”發(fā)動(dòng)機(jī)技高速發(fā)展的今天，能源依舊是保證物質(zhì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)。伴隨著世和人口的快速增長(zhǎng)，人類的生活與生產(chǎn)對(duì)能源的需求量日益增加，許于石油的煉化，交通中使用的燃料也以石油燃料為主。為滿足生活和生資源（如煤，石油等）被過(guò)量地開(kāi)采，但自然資源的儲(chǔ)量是有限的，經(jīng)歷上百年的時(shí)間。目前自然資源的開(kāi)采速率已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其再生速資源開(kāi)采量依舊居高不下，地球上儲(chǔ)存的煤炭資源能滿足人類 200 年

圖 1.2 全球能源消費(fèi)量有害氣體的排放是影響空氣質(zhì)量的主要因素，其中，氮氧化物主要來(lái)源于燃在全球消費(fèi)量最大的幾種燃料中，石油燃燒后產(chǎn)生的氮氧化物約是同等質(zhì) 2 倍、煤炭的 1.5 倍，因此在城市中，使用汽油和柴油等石油燃料的機(jī)動(dòng)車是空氣中氮氧化物的主要來(lái)源。近年來(lái)，清潔燃料的推廣使地面交通的氮氧到了有效的控制，但飛行器在高空工作時(shí)將污染物直接排放在平流層的大氣種直接污染更加難于治理，隨著航空產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的排放可

(a) 本生燈火焰結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖[8](b) 典型的本生燈火焰圖 1.3 本生燈火焰方法測(cè)量層流燃燒速率5 年，Wu 和 Law 提出了對(duì)沖火焰法[11]，來(lái)研究拉伸作用對(duì)層流火焰的影響，而 等將對(duì)沖火焰法用于層流燃燒速率的測(cè)量[13]。對(duì)沖火焰試驗(yàn)中，可燃混合氣體兩個(gè)對(duì)稱布置的噴射器噴出，在拉伸作用下，形成一組關(guān)于滯止面對(duì)稱的穩(wěn)定（如圖 1.4(a)所示），通過(guò)改變可燃?xì)怏w的流速，可以得出拉伸率為零時(shí)的層率。
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本文編號(hào)：2836959