國(guó)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

【摘要】：近年來(lái),如何提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室燃燒效率、改善燃料燃燒和降低對(duì)大氣環(huán)境的污染成了人們研究的熱點(diǎn)。在國(guó)家自然科學(xué)基金(51376133)的資助下,本文系統(tǒng)地開(kāi)展了國(guó)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(guó)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(duì)航空燃料及相應(yīng)的表征燃料,國(guó)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(kù),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(cè)。國(guó)產(chǎn)RP-3航空煤油與國(guó)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(kāi)展RP-3航空煤油實(shí)驗(yàn)研究,以指導(dǎo)航空發(fā)動(dòng)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(duì)RP-3航空煤油的著火和燃燒特性等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。分析了初始?jí)毫Α⒅饻囟取?dāng)量比和燃料體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)對(duì)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(shí)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(guò)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(zhǎng)度、無(wú)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(duì)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(duì)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(gè)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(guò)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(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理(50種組份,118個(gè)反應(yīng)機(jī)理),并進(jìn)行了驗(yàn)證。4.通過(guò)耦合RP-3航空煤油燃燒簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理與CFD計(jì)算,得到了環(huán)管燃燒室的流場(chǎng)、溫度場(chǎng),以及燃燒過(guò)程中的中間產(chǎn)物、排放物生成和活性組分等濃度場(chǎng),并得到了氮氧化物排放?；鹧嫱差^部存在兩個(gè)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(chǎng)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。 【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V312

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