煤油及其裂解產(chǎn)物自點火現(xiàn)象的初步實驗研究

【摘要】： 本文目的是研究煤油氣溶膠及其裂解產(chǎn)物的點火延時和自點火現(xiàn)象。在新研制的兩相激波管中,利用反射激波后氣流,以瞬態(tài)壓力和高分辨率發(fā)射或熒光測量為主,測量了點火延時并研究了自點火現(xiàn)象。主要內(nèi)容如下: (1)第一章簡要介紹了本文研究背景和相關(guān)的國內(nèi)外研究進展、主要內(nèi)容等。 (2)第二章主要介紹了兩相激波管研制和實驗狀態(tài)調(diào)試。包括激波管部件設(shè)計和安裝、煤油霧化方法、煤油粒徑Mie散射測量,給出了縫合接觸面運行狀態(tài)的計算和調(diào)試結(jié)果,并確認了實驗時間。 (3)基于壓力和OH基自發(fā)光信號測量結(jié)果,第三章給出了煤油及其裂解產(chǎn)物點火延時測量結(jié)果。 ●考察了溫度T、壓力p和當量比φ對點火延時τ_(ig)的影響。對于T=1163K～1653K、p=0.1、0.3和0.6MPa、φ=1煤油/空氣溶膠,τ_(ig)約為0.10ms～6.36ms。當T相同,τ_(ig)隨p升高而減小,擬合得到τ_(ig)=4.75×10~(-7)p~(-1.16)exp(17360/T),其中,τ_(ig)、p、T的單位分別為ms、MPa、K。對p=0.1MPa、T=1348K～1940K、φ=0.5、1和2的煤油裂解產(chǎn)物/空氣混合物,τ_(ig)約為0.07ms～5.04ms。當丁相同,τ_(ig)隨φ增大而減小。擬合得到τ_(ig)=1.45×10~(-7)φ~(1.85)exp(24950/T)。對不同壓力和當量比的點火延時數(shù)據(jù)進行歸一化處理,ln(τ_(ig))和溫度T均滿足線性分布,這為比較不同條件的點火延時數(shù)據(jù)提供了途徑。 ●對不同p的煤油/空氣,p越大,發(fā)生爆燃對應(yīng)的臨界溫度越低。對不同φ的煤油裂解產(chǎn)物/空氣,φ越大,發(fā)生爆燃對應(yīng)的臨界溫度越高。比較煤油及其裂解產(chǎn)物點火延時數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn),爆燃對應(yīng)的點火延時均小于1ms。 (4)針對不同壓力、當量比的煤油及其裂解產(chǎn)物,第四章給出了自點火瞬態(tài)流場自發(fā)光成像、OH-PLIF、CH/OH基發(fā)射光譜測量結(jié)果,表征了火焰產(chǎn)生、傳播特征和火焰內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 ●當p=0.1MPa、0.3MPa、0.6MPa和φ=1,測量了煤油/空氣溶膠自點火燃燒流場自發(fā)光成像,給出不同溫度的自點火流場火焰結(jié)構(gòu)和特征,顯示了不同的高、低溫點火機理。對于低溫點火,在點火起始階段,誘導(dǎo)區(qū)出現(xiàn)多個隨機分布的火核,火核擴展、融合形成火焰面,并向反射端面?zhèn)鞑?。對于高溫點火,在點火起始階段,靠近反射端面形成了火核。當點火溫度T＞1600K時,點火直接自從反射端面開始。 ●對相同φ、不同T的煤油裂解產(chǎn)物/空氣,其自點火圖像與煤油類似。當φ=0.5,火焰區(qū)圖像表明:當T=1536K～1568K,仍為弱點火模式。當T=1700K,點火起始階段為爆燃,火焰在傳播過程中追趕反射激波,并在觀察窗內(nèi)趕上反射激波形成爆轟。當T=1850K,點火起始階段在反射端面就形成了爆轟,火焰呈狹窄的帶狀。 ●針對激光器(YAG+DYE)預(yù)熱后再起動,定性地測量了首次脈沖激光能量,確定了達到激光能量穩(wěn)定的最大間隔時間,解決了OH-PLIF系統(tǒng)和激波管運行的時間同步控制問題,給出了煤油裂解產(chǎn)物自點火流場OH-PLIF測量結(jié)果,確認了湍流火焰內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)。 ●測量了自點火流場CH基(CH_4/空氣、波長431nm)、OH基(H_2/O_2、波長308nm)自發(fā)輻射的瞬態(tài)光譜特征譜線,與LIFbase計算結(jié)果進行了比較,給出了擬合的輻射溫度。 (5)第五章給出了全文總結(jié)和下一步研究工作建議。 本文主要特色和創(chuàng)新為: (1)提出“管外預(yù)混”和“循環(huán)進氣”思想,研制了兩相激波管、配套的霧化燃料形成和進氣系統(tǒng),保證了煤油氣溶膠在低壓段進氣和靜置的均勻性,為低飽和蒸汽壓的液態(tài)碳氫燃料兩相點火提供了新的途徑。激波管所模擬低溫點火的壓力、溫度等均和超燃發(fā)動機燃燒室參數(shù)接近。 (2)測量了煤油/空氣溶膠、煤油裂解產(chǎn)物/空氣混合物的點火延時,為超燃發(fā)動機燃燒室設(shè)計提供了基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)。 (3)結(jié)合點火延時和點火燃燒流場自發(fā)光圖像,揭示了煤油氣溶膠及其裂解產(chǎn)物高、低溫的不同點火機理。 (4)將PLIF方法用于自點火燃燒流場診斷,較好地解決了激波管運行、PLIF系統(tǒng)的時間同步控制難題,獲得了火焰內(nèi)部時間、空間高分辨率的自由基熒光圖像,為探索點火階段的火焰結(jié)構(gòu)和湍流燃燒機理提供了新方法,也為點火燃燒流場在線診斷應(yīng)用先進光譜成像方法提供了基礎(chǔ)。 (5)本文得到的點火延時數(shù)據(jù)和自點火流場光譜圖像,對于化學(xué)動力學(xué)機理驗證和煤油超燃發(fā)動機(scramjet)和脈沖爆轟發(fā)動機(PDE)燃燒室設(shè)計有意義。 【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TE626.22

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超細臥式攪拌磨的流場模擬及其粉碎機理研究    趙艷平

氣相法制備納米二氧化硅燃燒器數(shù)值模擬研究    廖光輝

內(nèi)套筒聯(lián)箱內(nèi)氣液兩相流實驗和T型三通相分離研究    許哲

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用環(huán)形激波聚焦實現(xiàn)爆轟波直接起爆的數(shù)值模擬    滕宏輝;張德良;李輝煌;姜宗林;

瓦斯爆炸誘導(dǎo)沉積煤塵爆炸的數(shù)值模擬    李潤之;

激波卷揚的氣體粉塵邊界層的實驗與數(shù)值研究    陸守香，范寶春，龔昌超

沉積粉塵的激波點火    陸守香，黃濤，龍新平，范寶春

航空燃料發(fā)展綜述    曲連賀;朱岳麟;熊常健;

氫經(jīng)濟時代的車用H_2燃料發(fā)動機的研究與展望    楊振中,王麗君,熊樹生

超燃沖壓發(fā)動機燃燒室工作過程理論和試驗研究    余勇

秸稈干燥過程的實驗研究與理論分析    雷廷宙

雙模態(tài)沖壓發(fā)動機燃燒室碳氫燃料凹槽火焰穩(wěn)定性研究    劉歐子

微器件中流體的流動與混合研究    張凱

基于自適應(yīng)化學(xué)理論的均相反應(yīng)過程模擬及其在甲烷預(yù)混火焰中的應(yīng)用    喬瑜

煤油在冷態(tài)超聲速氣流中噴射和霧化現(xiàn)象的初步研究    費立森

低濃度酒精/過氧化氫燃氣發(fā)生器噴霧燃燒過程研究    田章福

柴油均質(zhì)壓燃（HCCI）發(fā)動機燃燒過程數(shù)值模擬和實驗研究    黃豪中

基于激波管實驗平臺的甲烷燃燒化學(xué)動力學(xué)機理研究    王高峰

超燃沖壓發(fā)動機燃燒室兩相流混合燃燒過程仿真及實驗研究    吳海燕

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直管型氣泡泵氣泡成形及工作特性的數(shù)值模擬    馮飛

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均質(zhì)充量壓縮著火燃燒HC和CO生成機理的試驗研究    耿壯壯

超燃沖壓發(fā)動機進排氣系統(tǒng)設(shè)計及流場數(shù)值模擬    王雨培

農(nóng)作物秸稈陰燃特性及應(yīng)用研究    矯常命

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甲醇均質(zhì)壓燃燃燒特性的研究    韓立偉

支板超聲速混合增強技術(shù)及其阻力特性研究    蘇義

瓦斯爆炸誘導(dǎo)沉積煤塵爆炸的研究    李潤之

庚酸甲酯高溫燃燒化學(xué)動力學(xué)機理的系統(tǒng)簡化和分析    李樹豪;方亞梅;王繁;李萍;李象遠;

基于激波管正庚烷點火延時的實驗研究    程卿;李振華;呂興才;黃震;

正癸烷著火及燃燒的化學(xué)動力學(xué)模型    姚通;鐘北京;

雙波長NO-PLIF法測量激波馬赫反射溫度場的實驗研究    曹春麗;徐勝利;劉二偉;

單滴燃料超臨界點火的初步實驗研究    易翔宇;徐勝利;蔡振宇;曹潔;

高過載加速度試驗裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析    楊華

乙烯點火特性及其污染效應(yīng)的激波管研究    胡弘浩

高速氣炮撞擊實驗測控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)    褚波

正丁醇/正庚烷在快速壓縮機中著火特性的研究    王亞

激波誘導(dǎo)瓦斯氣體燃燒的實驗研究    任鵬

低濃度瓦斯燃燒的化學(xué)動力學(xué)及穩(wěn)定性研究    劉欣華

填充毛細管液相色譜-毛細管氣相色譜在線聯(lián)用技術(shù)    江濤,關(guān)亞風

環(huán)氧丙烷爆燃轉(zhuǎn)爆轟過程的瞬態(tài)發(fā)射光譜    李萍,袁長迎,胡棟,劉俊超,孫珠妹,董石,肖海波

環(huán)氧丙烷爆燃轉(zhuǎn)爆轟過程反應(yīng)產(chǎn)物的光譜法確定    李萍;胡棟;袁長迎;肖海波;劉俊超;孫珠妹;董石;

爆轟引爆過程中OH輻射的光譜研究    劉才學(xué)，胡棟，王永國，孫珠妹

利用棱鏡譜儀研究氫燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z的過程    胡棟,王永國,劉才學(xué),孫珠妹

爆轟作用下激波管壁發(fā)射光譜的研究    李招寧,鄧向東,胡棟,王永國,程新路,孫珠妹,芶清泉

環(huán)形泵浦相位匹配CARS技術(shù)的匹配方式和空間分辨率的實驗研究    趙建榮,楊仕潤,俞剛

超音速燃燒室氫氧基平面激光誘導(dǎo)熒光測量    楊仕潤,趙建榮,俞剛,張新宇

USED CARS測量對撞式擴散火焰的溫度分布    趙建榮,李春金,楊仕潤

同時測量氫和氧CARS譜的新方法    趙建榮,楊仕潤,俞剛

非縫合條件激波管的化學(xué)動力學(xué)研究    陳華,楊惠星,韓德剛,黃文生,胡永生

甲基環(huán)己烷燃燒反應(yīng)特性的光譜研究    李從善;李萍;張昌華;聶曉飛;李象遠;

煤粉熱解研究的激波管技術(shù)    常熹鈺,劉定安,劉石明

典型煤種的激波管熱解動力學(xué)研究    常熹鈺,劉石明,李敏芝,李輝

碳氫燃料點火燃燒的簡化化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型    錢煒祺;楊順華;肖保國;樂嘉陵;

抗爆激波管火藥能源的應(yīng)用研究    易迎春;

激波管研究—氯化碘高溫氣相分解反應(yīng)動力學(xué)    張榮耀,沙國河,韓登龍,王逸民,張存浩

泰氟隆燒蝕動力學(xué)在激波管中的研究    何宇中,范秉誠

激波管及其在化學(xué)動力學(xué)中的應(yīng)用    汪亮;

H_2—O_2爆轟時Ar濃度對產(chǎn)生胞格結(jié)構(gòu)的影響    徐彬;陳成光;糜仲春;周凱元;陸寶根;

不同當量比煤油氣溶膠自點火現(xiàn)象初步實驗研究    朱煬燁;劉二偉;劉建文;徐勝利;

不同壓力煤油氣溶膠點火延時的測量研究    廖欽;徐勝利;

兩相激波管設(shè)計和氣體燃料點火延時測量研究    廖欽;徐勝利;

用于霧化煤油點火研究的兩相激波管設(shè)計和調(diào)試    廖欽;徐勝利;

高溫激波管中電波傳輸特性的實驗研究    康國劍;竺乃宜;余西龍;胡新天;黃立舜;黃天翔;

柱狀匯聚激波的參數(shù)測量    龍桐;翟志剛;司廷;羅喜勝;楊基明;

電控破膜在C3H6/空氣點火延時和OH-PLIF測量中的應(yīng)用    劉二偉;曹春麗;徐勝利;廖欽;楊順華;

利用EXCEL進行激波管性能計算    呂治國;李國君;羅義成;姜華;趙榮娟;

前言    

激波管在壓力傳感器動態(tài)性能校準和實驗上的應(yīng)用    張大有;

鋼鐵“盾牌”是這樣鑄成的    武華民本報特約記者 劉逢安

建造未來制勝之基    武華民劉德勝 本報特約記者 劉逢安

創(chuàng)新,鍛造堅固盾牌    劉德勝　　特約記者 劉逢安

科技鑄造“打贏”之盾    本報特約記者孫現(xiàn)富梁兆君

來自科研一線的報告    熊學(xué)莉劉勝江 范炬煒

測一測玻璃有多結(jié)實    張雪 蘇志明 張瑜

伊通國稅局2006年組織收入創(chuàng)歷史新高    通訊員 張新春

學(xué)生制止污染被毆打    記者　 胡早

3·15不是歌功頌德日    朱慧松

陽曲縣無視環(huán)保法規(guī)被通報    記者　張雋波

煤油及其裂解產(chǎn)物自點火現(xiàn)象的初步實驗研究    廖欽

基于激波管實驗平臺的甲烷燃燒化學(xué)動力學(xué)機理研究    王高峰

用守恒型跟蹤算法數(shù)值模擬流體中的介質(zhì)界面    Mohammed Aman Ullah（阿曼）

計算流體力學(xué)中的SPH方法和MLSPH方法研究    胡曉燕

特殊等離子體環(huán)境物理信息獲取與處理的研究    牛田野

高速膨脹流動中的非平衡凝結(jié)及其對流場影響的研究    王美利

包含運動界面的爆炸流場數(shù)值模擬方法及其應(yīng)用    白曉征

對轉(zhuǎn)沖壓壓氣機沖壓葉輪內(nèi)部流動分析研究    肖翔

納米鋁粉在環(huán)氧丙烷快速反應(yīng)催化機理研究    炎正馨

高速流動精細數(shù)值模擬、實驗研究及其在氣動光學(xué)中的應(yīng)用    馮定華

煤油點火延時特性及其污染效應(yīng)的激波管研究    梁金虎

激波管內(nèi)正庚烷點火延時的實驗研究    程卿

乙烯點火特性及其污染效應(yīng)的激波管研究    胡弘浩

激波與火焰相互作用的實驗和理論研究    賈正望

火焰在激波誘導(dǎo)下穩(wěn)定性問題的實驗和理論研究    冮強

無沖擊加速大質(zhì)量飛片的研究    姜玉曦

酚醛樹脂的熱解研究    馬偉

JP-10點火延時的激波管研究    勾華杰

傳感器動態(tài)特性虛擬實驗研究    張兆東

FAE燃料氣云爆轟特性研究    何小波