采用等離子體強化含硼固沖發(fā)動機(jī)二次燃燒研究
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【摘要】:為改善固沖發(fā)動機(jī)含硼富燃燃?xì)獾娜紵阅?本文基于等離子體助燃技術(shù),提出等離子體強化含硼富燃燃?xì)馊紵母拍?通過理論研究和實驗研究相結(jié)合的方法驗證了等離子體對含硼富燃燃?xì)馊紵膹娀饔?獲得了等離子體對含硼富燃燃?xì)馊紵挠绊憴C(jī)理。本文主要工作及結(jié)論如下:(1)通過分析等離子體助燃含硼富燃燃?xì)膺^程,建立了氣固兩相燃燒流動數(shù)學(xué)模型。該模型考慮了等離子體中活性基、激發(fā)態(tài)粒子、離子、電子以及其他中間產(chǎn)物與燃燒動力學(xué)之間的強烈耦合作用。(2)以一次燃?xì)庵械臍庀嘟M分為研究對象,開展了不同空燃比的等離子體助燃實驗研究,獲得了等離子體對氣相組分燃燒的影響規(guī)律。實驗表明:在等離子體的作用下,實現(xiàn)了一次燃?xì)庵袣庀嘟M分的可靠點火和穩(wěn)定燃燒,氣相組分燃燒效率提高12%以上;隨著空燃比的增加,等離子體助燃效果略微降低;隨著空氣溫度的提高,助燃效果顯著增強。(3)以含硼一次燃?xì)庾鳛檠芯繉ο?開展了不同放電功率的等離子體助燃實驗研究,獲得了等離子體對含硼一次燃?xì)馊紵挠绊懸?guī)律。實驗表明:在等離子體的作用下,改變了燃?xì)馊紵鹧娼Y(jié)構(gòu),補燃室燃?xì)恻c火位置提前,燃燒火焰面變大,高溫反應(yīng)區(qū)前移;加入等離子體后,含硼燃?xì)馊紵侍岣?%以上;等離子體增加了燃?xì)馊紵裏岬尼尫?增加的燃燒熱與放電功率比值大約在6.5左右,改善了硼粒子的燃燒環(huán)境;隨著放電功率的增加,等離子體助燃效果顯著增強。(4)基于氣固兩相燃燒流動數(shù)學(xué)模型,對典型實驗工況的等離子體助燃含硼一次燃?xì)馊紵^程進(jìn)行了數(shù)值仿真,分別研究了等離子體的熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)對燃?xì)馊紵挠绊。?shù)值仿真結(jié)果表明:等離子體有效的提高了燃?xì)庵蠴H、O等自由基的濃度,促進(jìn)了含硼燃?xì)夂虰的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),縮短了含硼燃?xì)馊紵龝r間,燃?xì)夥磻?yīng)更加充分,釋放出了更多的燃燒熱;含硼燃?xì)庵信鹆W拥臏囟让黠@增加,點火位置提前,反應(yīng)消耗加快,硼的燃燒效率得到提高。等離子體強化含硼富燃燃?xì)馊紵蔀楣虥_發(fā)動機(jī)的性能提升提供新的思路,研究結(jié)果可為等離子體助燃技術(shù)在固沖發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用提供參考和依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】:固沖發(fā)動機(jī) 含硼富燃燃?xì)?/strong> 等離子體 自由基 實驗研究 數(shù)值仿真
【學(xué)位授予單位】:西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類號】:V435
【目錄】:
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-10
- 第一章 緒論10-24
- 1.1 研究背景和意義10-11
- 1.2 等離子體助燃原理11-13
- 1.2.1 等離子體的定義和特點11-12
- 1.2.2 等離子體助燃原理12-13
- 1.3 含硼富燃燃?xì)馊紵芯楷F(xiàn)狀13-18
- 1.4 等離子體助燃技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-21
- 1.4.1 國外研究現(xiàn)狀18-20
- 1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀20-21
- 1.5 本文研究內(nèi)容21
- 1.6 總體研究方案21-24
- 第二章 等離子體助燃含硼富燃燃?xì)饫碚摶A(chǔ)24-38
- 2.1 等離子體對含硼富燃燃?xì)獾闹歼^程分析24
- 2.2 含硼富燃燃?xì)饬鲃雍腿紵龜?shù)學(xué)模型24-36
- 2.2.1 基本假設(shè)24-25
- 2.2.2 控制方程25-28
- 2.2.3 湍流模型28-29
- 2.2.4 氣相燃燒模型29-31
- 2.2.5 凝聚相燃燒模型31-36
- 2.3 等離子體助燃動力學(xué)模型36-37
- 2.4 小結(jié)37-38
- 第三章 等離子體助燃含硼富燃燃?xì)鈱嶒炑芯糠桨?/span>38-56
- 3.1 實驗研究總體方案38-39
- 3.2 實驗系統(tǒng)39-45
- 3.2.1 來流模擬系統(tǒng)40
- 3.2.2 參數(shù)測量系統(tǒng)一套(含溫度、壓力、推力傳感器)40-41
- 3.2.3 燃燒裝置41-43
- 3.2.4 等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)43-44
- 3.2.5 高速攝影儀44-45
- 3.2.6 流量控制器45
- 3.3 總體設(shè)計參數(shù)確定45-50
- 3.3.1 典型實驗參數(shù)46-47
- 3.3.2 模擬來流參數(shù)的確定47-48
- 3.3.3 燃?xì)獍l(fā)生器設(shè)計參數(shù)的確定48-50
- 3.3.4 補燃室設(shè)計參數(shù)的確定50
- 3.4 混合燃?xì)夤┙o系統(tǒng)設(shè)計50-53
- 3.5 數(shù)據(jù)處理方法53
- 3.6 燃燒效率的表征53-54
- 3.7 小結(jié)54-56
- 第四章 等離子體助燃混合燃?xì)鈱嶒炑芯?/span>56-68
- 4.1 實驗方案56
- 4.2 實驗工況56-57
- 4.3 實驗結(jié)果57-64
- 4.3.1 數(shù)據(jù)處理方法57
- 4.3.2 典型工況下的實驗現(xiàn)象和測量結(jié)果57-64
- 4.4 實驗結(jié)果分析64-67
- 4.4.1 模擬空氣來流64
- 4.4.2 燃?xì)獍l(fā)生器壓強64-65
- 4.4.3 補燃室壓強65-67
- 4.4.4 擴(kuò)散燃燒火焰拍攝結(jié)果分析67
- 4.5 小結(jié)67-68
- 第五章 等離子體助燃含硼一次燃?xì)鈱嶒炑芯?/span>68-88
- 5.1 實驗方案68
- 5.2 實驗工況68-69
- 5.3 典型工況下實驗現(xiàn)象69-72
- 5.4 實驗結(jié)果72-81
- 5.5 實驗結(jié)果分析81-86
- 5.5.1 模擬空氣來流81
- 5.5.2 一次燃?xì)鈬娚湫?/span>81
- 5.5.3 燃?xì)獍l(fā)生器工作壓強81-82
- 5.5.4 補燃室工作壓強82-86
- 5.5.5 燃燒火焰拍攝結(jié)果分析86
- 5.6 小結(jié)86-88
- 第六章 等離子體助燃含硼富燃燃?xì)鈹?shù)值仿真88-104
- 6.1 物理模型、網(wǎng)格及邊界條件88-92
- 6.1.1 物理模型88-89
- 6.1.2 網(wǎng)格劃分89-90
- 6.1.3 用戶自定義函數(shù)UDF90
- 6.1.4 邊界條件90-92
- 6.2 模擬結(jié)果分析92-102
- 6.2.1 活性粒子對燃燒過程的影響93-98
- 6.2.2 等離子體熱效應(yīng)對燃燒過程的影響98-101
- 6.2.3 等離子體對燃燒過程影響機(jī)理定性分析101-102
- 6.3 小結(jié)102-104
- 第七章 總結(jié)與展望104-108
- 7.1 總結(jié)104-105
- 7.2 本文的創(chuàng)新點105
- 7.3 后期工作展望105-108
- 參考文獻(xiàn)108-114
- 致謝114-116
- 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況116-117
【參考文獻(xiàn)】
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,本文編號:818431
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