激波管的設(shè)計(jì)與乙烯燃燒的化學(xué)機(jī)理研究.pdf

1、乙烯是超燃發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)等推進(jìn)設(shè)備的烯烴類(lèi)碳?xì)淙剂希彩翘細(xì)淙剂蠠崃呀膺^(guò)程中的重要小分子產(chǎn)物。在高超聲速條件下，乙烯在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)停留時(shí)間的長(zhǎng)短和乙烯在不同溫度、壓強(qiáng)下反應(yīng)路徑的不同，這都成為其關(guān)注的問(wèn)題。因此，對(duì)乙烯的點(diǎn)火特性研究對(duì)碳?xì)淙剂宵c(diǎn)火燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的模型驗(yàn)證具有重要意義。
　　由于激波管能夠提供高溫和高壓的環(huán)境，所以是研究燃料點(diǎn)火特性一個(gè)有效的工具，并且其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要大功率電源，不需要冷卻系統(tǒng)，能夠比

2、較容易的快速將氣體加熱、加壓和加速至很高參數(shù)值等優(yōu)點(diǎn)，因此在燃料的燃燒實(shí)驗(yàn)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。本文為了使激波管達(dá)到實(shí)驗(yàn)研究的要求，首先，對(duì)激波管內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行了Fluent數(shù)值模擬，模擬氣體在激波管內(nèi)流動(dòng)的情況，總結(jié)了現(xiàn)有的激波管實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)搭建了一套激波管實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由激波管、配氣系統(tǒng)、壓力測(cè)量系統(tǒng)、光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)組成。激波管包括管體及其支撐系統(tǒng)；配氣系統(tǒng)由高壓預(yù)混氣室、低壓預(yù)混氣室、氣瓶、真空泵組

3、、壓力計(jì)、真空計(jì)閥門(mén)和管路等部件組成；壓力信號(hào)由壓電傳感器采集，經(jīng)電荷放大器放大后，由數(shù)字示波器采集；光譜測(cè)量系統(tǒng)由濾光片，單色儀，光電倍增管。其次，在激波管搭建完成后，結(jié)合理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了入射激波衰減率測(cè)定實(shí)驗(yàn)、膜片爆破應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)，分析了激波衰減過(guò)程的主要影響因素，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，激波強(qiáng)度隨著距離的增加不斷衰減，速度越大，衰減越嚴(yán)重，驗(yàn)證了膜片破裂壓力與材料的抗拉強(qiáng)度成正相關(guān)，與膜片原始厚度成正相關(guān)。最后，乙烯分別在75%和96%

4、的稀釋度下，乙烯、氧氣、氬氣按化學(xué)當(dāng)量比為1，壓力1-3tam，溫度在1062-1683K范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)測(cè)得了75%和96%的稀釋度的乙烯在不同溫度下的點(diǎn)火延遲時(shí)間，通過(guò)點(diǎn)火延遲時(shí)間和四種化學(xué)機(jī)理模型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)LLNL機(jī)理模擬結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的吻合度最高；然后使用Chemkinpro軟件模擬LLNL機(jī)理對(duì)乙烯在不同溫度和不同氬氣稀釋度的情況下氧化反應(yīng)路徑進(jìn)行了分析，得出③反應(yīng)C2H4的消耗百分比在75%稀釋度下是96%稀釋