超聲速氣流中氣化煤油的噴注與燃燒特性研究.pdf

1、本文以超聲速氣流中氣化煤油的噴注與燃燒特性為研究對象，采用試驗研究與數值分析相結合的方法，對氣化RP-3（中國3＃航空煤油）的超聲速流動特性、氣化RP-3在超聲速氣流中的橫向噴注、火焰穩(wěn)定與燃燒特性進行了系統(tǒng)研究。
　　基于一維等熵流動假設和廣義對應狀態(tài)法則，采用3組分與10組分替代模型分析了超臨界與氣態(tài)RP-3的超聲速流動特性。然后，開展了一系列超臨界、氣態(tài)和裂解態(tài)RP-3的超聲速流動試驗。以超聲速噴嘴的沿程壁面靜壓分布為基準，

2、對比討論了試驗結果與兩種替代模型的計算值。結果表明：在RP-3熱物性對溫度和壓強變化敏感的工況下，兩種替代模型的計算值均與試驗結果有明顯偏差；對計算方法進行修正使計算與試驗具有相同的對比溫度 Tcr(Tcr=T/Tc)和對比壓強Pcr(Pcr=P/Pc)后，兩種替代模型的計算精度均顯著提高。在RP-3熱物性隨溫度變化平緩的區(qū)域，兩種替代模型的計算值與試驗值的偏差均迅速縮小，此時修正方法對計算結果的影響較小。
　　采用數值等熵加速法

3、和3組分與10組分物理替代模型，分析了超臨界與氣態(tài)RP-3流動壅塞時的流量特性。在熱物性隨總溫變化平緩的工況區(qū)域，試驗驗證了氣化RP-3的流量特性。結果表明，溫度修正后的3組分替代模型的計算值與試驗結果符合較好。
　　采用紋影法研究了超臨界RP-3在超聲速氣流中橫向噴注時的穿透深度。結果表明，由于氣化RP-3聲速噴注時的動壓比遠小于乙烯的動壓比，相當的試驗條件下前者的穿透深度明顯低于后者。同時研究了噴注角度和燃料溫度對氣化RP-3

4、穿透深度的影響。此外，采用溫度修正的10組分替代模型分析了氣化 RP-3的超聲速噴注特性。結果表明，氣化RP-3在馬赫數Ma≈1.4時動壓達到最大值。
　　通過調節(jié)乙烯的噴注壓強，在不同當量比下系統(tǒng)研究了單邊擴張型并聯凹腔超聲速模型燃燒室的燃燒特性。乙烯通過凹腔上游的噴嘴噴注?；谌紵冶诿骒o壓分布和燃燒流場的可見光與紋影圖像，分析了不同燃燒模態(tài)下的火焰穩(wěn)定特性和流場特征。結果表明，乙烯分別在上、下壁面的并聯凹腔附近形成了分離且非

5、對稱的火焰。燃燒室內的火焰穩(wěn)定模式和流場特征隨燃燒模態(tài)而變。超燃模態(tài)下，燃燒室壁面附近無大尺度流動分離，火焰均處于凹腔穩(wěn)焰模態(tài)。沖壓模態(tài)下，強預燃激波串誘導的分離區(qū)對當地燃料噴注、混合和火焰穩(wěn)定有顯著促進作用，使得上壁面火焰處于噴流尾跡穩(wěn)焰模式，且分布范圍遠大于下壁面火焰；與此同時，下壁面凹腔附近無明顯分離，火焰處于凹腔穩(wěn)焰模式。上、下壁面火焰之間體現出競爭與合作這兩種相互作用。
　　采用氣化RP-3、乙烯、乙烯-甲烷混合氣、甲烷

6、和液態(tài)RP-3等燃料，研究了燃料成分和相態(tài)對超聲速燃燒室貧燃穩(wěn)焰邊界的影響。結果表明，相對于液態(tài)RP-3，省去了霧化與蒸發(fā)過程的氣化RP-3具有更低的貧燃穩(wěn)焰邊界。與氣化RP-3和甲烷等燃料相比，化學活性更強的乙烯和乙烯-甲烷混合氣顯著降低了燃燒室的貧燃穩(wěn)焰邊界。乙烯與混合氣可以在超燃模態(tài)和沖壓模態(tài)下保持火焰穩(wěn)定，而氣化RP-3、液態(tài)RP-3和甲烷的火焰無法在超燃模態(tài)下自持。裂解增強了RP-3的火焰穩(wěn)定能力。
　　采用乙烯、無明顯

7、裂解的氣化RP-3和液態(tài)RP-3在寬當量比范圍內試驗研究了成分與相態(tài)變化對燃料超聲速燃燒特性的影響。結果表明，成分和相態(tài)對燃料燃燒特性的影響受當量比影響很大。低當量比條件下，乙烯的靜壓水平和比沖顯著高于氣化 RP-3；兩種燃料靜壓水平和比沖的差別隨當量比的增加而迅速縮?。划斄勘仍黾拥?.09時，乙烯和氣化RP-3具有近乎重合的靜壓曲線和基本相等的比沖。氣化RP-3與液態(tài)RP-3燃燒特性之間的差異同樣隨當量比的增加而縮小。
　　試驗