本文關(guān)鍵詞：國產(chǎn)RP-3航空煤油著火與燃燒特性的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值研究

  更多相關(guān)文章： 國產(chǎn)RP-3航空煤油 著火延遲特性 馬克斯坦長度 層流燃燒速率 化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

【摘要】：近年來,如何提高航空發(fā)動機(jī)主燃燒室燃燒效率、改善燃料燃燒和降低對大氣環(huán)境的污染成了人們研究的熱點(diǎn)。在國家自然科學(xué)基金(51376133)的資助下,本文系統(tǒng)地開展了國產(chǎn)RP-3航空煤油的著火和燃燒特性試驗(yàn)和數(shù)值研究。完成了以下工作：1.較為系統(tǒng)地總結(jié)了國內(nèi)外航空燃料及表征燃料的著火和燃燒特性、表征燃料燃燒反應(yīng)機(jī)理構(gòu)建與驗(yàn)證、主燃燒室模擬計(jì)算研究現(xiàn)狀。對航空燃料及相應(yīng)的表征燃料,國外已構(gòu)建較為完善的著火和燃燒特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫,提出與發(fā)展了單組分、雙組分和多組分航空煤油表征燃料化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,并應(yīng)用于主燃燒室模擬,給出了較為可靠的分析和預(yù)測。國產(chǎn)RP-3航空煤油與國外燃料構(gòu)成有一定差異,基礎(chǔ)燃燒特性實(shí)驗(yàn)研究較為缺乏,亟需開展RP-3航空煤油實(shí)驗(yàn)研究,以指導(dǎo)航空發(fā)動機(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)與改進(jìn)。2.利用化學(xué)激波管和定容彈實(shí)驗(yàn)裝置對RP-3航空煤油的著火和燃燒特性等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測量。分析了初始壓力、著火溫度、當(dāng)量比和燃料體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)對航空煤油著火延遲期的影響,并擬合了RP-3航空煤油著火延遲時間Arrhenius形式關(guān)系式,RP-3與JP-10著火延遲期的擬合公式的各參數(shù)影響因子幾乎一致。通過處理紋影圖片,獲得了拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俾�、拉伸率、馬克斯坦長度、無拉伸層流火焰?zhèn)鞑ニ俾屎蛯恿魅紵俾实葘恿魅紵匦�。�?dāng)量比和壓力對燃料燃燒特性影響較大。3.以RP-3航空煤油的著火和燃燒特性為依據(jù),利用Honnet機(jī)理對著火延遲特性和燃燒特性進(jìn)行溫度和當(dāng)量比的敏感性分析,最終形成了半詳細(xì)的RP-3反應(yīng)機(jī)理(150種組份,591個反應(yīng)機(jī)理)。該機(jī)理較好的體現(xiàn)出不同工況下RP-3航空煤油的著火延遲和燃燒特性,與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。通過燃燒反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)路徑、敏感性和生成速率分析,得到RP-3航空煤油簡化反應(yīng)機(jī)理(50種組份,118個反應(yīng)機(jī)理),并進(jìn)行了驗(yàn)證。4.通過耦合RP-3航空煤油燃燒簡化反應(yīng)機(jī)理與CFD計(jì)算,得到了環(huán)管燃燒室的流場、溫度場,以及燃燒過程中的中間產(chǎn)物、排放物生成和活性組分等濃度場,并得到了氮氧化物排放�；鹧嫱差^部存在兩個明顯的回流區(qū),有很好的穩(wěn)燃作用,其后存在滯止區(qū)；隨著出口段截面收縮,燃燒室出口流速約為120m/s,具有較強(qiáng)的做功能力�；鹧嫱差^部溫度場平均約為1300K左右,在主燃孔截面達(dá)到最高,在摻混孔截面燃料已完全燃燒,這符合燃燒室放熱規(guī)律。之后隨氣膜空氣的進(jìn)入摻混而逐漸下降,燃燒室出口平均溫度為1265K,接近燃燒室出口設(shè)計(jì)溫度；出口溫度徑向分布系數(shù)符合渦輪進(jìn)口規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：國產(chǎn)RP-3航空煤油 著火延遲特性 馬克斯坦長度 層流燃燒速率 化學(xué)反應(yīng)機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V312
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-17
• 1 緒論17-40
• 1.1 研究背景17-19
• 1.2 研究意義19-20
• 1.3 國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展20-36
• 1.3.1 航空煤油著火延遲特性的實(shí)驗(yàn)研究21-27
• 1.3.2 航空煤油燃燒特性的實(shí)驗(yàn)研究27-30
• 1.3.3 航空煤油表征燃料的燃燒反應(yīng)機(jī)理研究30-35
• 1.3.4 航空發(fā)動機(jī)燃燒室燃燒與排放物生成的數(shù)值模擬研究35-36
• 1.4 目前研究中存在的問題36-37
• 1.5 本文主要研究思路與內(nèi)容37-40
• 2 航空煤油著火特性的實(shí)驗(yàn)測試40-68
• 2.1 激波管實(shí)驗(yàn)裝置41-44
• 2.1.1 激波管管體及雙膜機(jī)構(gòu)42
• 2.1.2 配氣與進(jìn)氣系統(tǒng)42-44
• 2.1.3 著火診斷系統(tǒng)44
• 2.2 理想激波管基本理論及計(jì)算44-48
• 2.2.1 理想激波管基本理論44-46
• 2.2.2 激波管理想流動狀態(tài)參數(shù)計(jì)算46-48
• 2.3 有效實(shí)驗(yàn)時間及時間測量的誤差分析48-49
• 2.3.1 激波管有效實(shí)驗(yàn)時間48
• 2.3.2 頻率計(jì)測量時間的誤差48-49
• 2.4 航空煤油典型著火特性49-50
• 2.5 當(dāng)量比對著火特性的影響50-58
• 2.5.1 RP-3煤油體積分?jǐn)?shù)對著火特性的影響50-55
• 2.5.2 當(dāng)量比對著火特性的影響55-58
• 2.6 初始壓力對著火特性的影響58-63
• 2.7 RP-3航空煤油著火延遲時間的參數(shù)擬合63-66
• 2.8 本章小結(jié)66-68
• 3 航空煤油層流燃燒特性的實(shí)驗(yàn)測試68-93
• 3.1 實(shí)驗(yàn)裝置68-70
• 3.2 實(shí)驗(yàn)原理70-75
• 3.3 火焰發(fā)展特性75-77
• 3.3.1 典型火焰發(fā)展特性75-76
• 3.3.2 火焰不穩(wěn)定性76-77
• 3.4 混合氣參數(shù)對火焰發(fā)展的影響77-81
• 3.4.1 當(dāng)量比的影響77-78
• 3.4.2 初始壓力的影響78-80
• 3.4.3 初始溫度的影響80-81
• 3.5 層流燃燒特性分析81-92
• 3.5.1 火焰半徑隨著火時刻的變化81-83
• 3.5.2 拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俾孰S半徑變化的變化83-85
• 3.5.3 拉伸火焰?zhèn)鞑ニ俾孰S拉伸率的變化85-87
• 3.5.4 馬克斯坦長度的變化87-89
• 3.5.5 無拉伸層流火焰?zhèn)鞑ニ俾逝c層流燃燒速率的變化89-92
• 3.6 本章小結(jié)92-93
• 4 航空煤油表征燃料燃燒反應(yīng)機(jī)理及驗(yàn)證93-113
• 4.1 航空煤油表征燃料的選擇93-95
• 4.2 表征燃料燃燒反應(yīng)半詳細(xì)機(jī)理及驗(yàn)證95-103
• 4.2.1 表征燃料燃燒反應(yīng)半詳細(xì)機(jī)理的構(gòu)建95-99
• 4.2.2 表征燃料著火延遲特性的數(shù)值計(jì)算99-101
• 4.2.3 表征燃料層流燃燒速度的數(shù)值計(jì)算101-103
• 4.3 表征燃料燃燒反應(yīng)簡化機(jī)理及驗(yàn)證103-109
• 4.3.1 敏感性分析103-106
• 4.3.2 生成速率分析106-109
• 4.4 表征燃料簡化機(jī)理的驗(yàn)證109-112
• 4.5 本章小結(jié)112-113
• 5 航空發(fā)動機(jī)燃燒室燃燒與排放物生成的反應(yīng)動力學(xué)分析113-128
• 5.1 航空發(fā)動機(jī)主燃燒室結(jié)構(gòu)和物理模型113-116
• 5.1.1 航空發(fā)動機(jī)主燃燒室結(jié)構(gòu)113-115
• 5.1.2 網(wǎng)格劃分115
• 5.1.3 邊界條件115-116
• 5.2 控制方程與計(jì)算模型116-118
• 5.2.1 控制方程116-117
• 5.2.2 計(jì)算模型117-118
• 5.2.3 反應(yīng)機(jī)理與CFD耦合方法118
• 5.3 火焰筒流場特性118-119
• 5.4 燃燒室溫度場特性119-121
• 5.5 反應(yīng)物及裂解產(chǎn)物濃度場分析121-124
• 5.6 排放物及中間組分濃度場分析124-125
• 5.7 氮氧化物排放分析125-127
• 5.8 本章小結(jié)127-128
• 6 結(jié)論與展望128-132
• 6.1 結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)128-130
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)摘要130
• 6.3 展望130-132
• 參考文獻(xiàn)132-140
• 附錄A 表征燃料半詳細(xì)機(jī)理140-141
• 附錄B 表征燃料簡化機(jī)理141-142
• 攻讀博士學(xué)位期間科研項(xiàng)目及科研成果142-144
• 致謝144-145
• 作者簡介145

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