煤油點(diǎn)火及鋁粉點(diǎn)火和燃燒特性的激波管研究.pdf

1、超燃沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)研究是當(dāng)前高超音速領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。RP-3航空煤油是超燃沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的首選燃料，其燃燒動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究是目前超燃研究中的重要問(wèn)題。通過(guò)考察煤油在不同溫度、壓力和當(dāng)量比條件下的點(diǎn)火特性，可以為驗(yàn)證煤油燃燒反應(yīng)機(jī)理及機(jī)理簡(jiǎn)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)，也可以為超燃沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)﹑優(yōu)化等提供直接數(shù)據(jù)支撐。超燃沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)研究地面模擬實(shí)驗(yàn)中通過(guò)燃燒加熱方式獲得的高焓氣體通常含有H2O和CO2等污染組分，污染組分可能造成地面

2、實(shí)驗(yàn)與實(shí)際飛行中燃料點(diǎn)火特性不一致。為了正確評(píng)估這兩種污染組分對(duì)燃料點(diǎn)火特性的影響，必須詳細(xì)考察H2O和CO2對(duì)RP-3航空煤油點(diǎn)火特性的影響效應(yīng)。同時(shí)，在超燃發(fā)動(dòng)機(jī)研究的地面實(shí)驗(yàn)中使用RP-3航空煤油做燃料時(shí)，期望通過(guò)在燃燒室內(nèi)加入鋁粉與碳?xì)淙剂系娜紵a(chǎn)物H2O和CO2進(jìn)行二次燃燒，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。通過(guò)對(duì)鋁粉點(diǎn)火特性和燃燒特性進(jìn)行研究，既可以為建立和驗(yàn)證鋁粉點(diǎn)火及燃燒反應(yīng)機(jī)理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，又可以為未來(lái)進(jìn)行添加鋁粉燃料超燃沖壓式

3、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)﹑優(yōu)化等提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　激波管是通過(guò)入射激波和反射激波對(duì)介質(zhì)進(jìn)行一維均勻絕熱非等熵壓縮的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它可以通過(guò)調(diào)節(jié)激波速度和實(shí)驗(yàn)區(qū)氣體的初始?jí)毫Λ@得較大范圍的溫度和壓力參數(shù)，因而成為進(jìn)行燃料點(diǎn)火和燃燒特性研究的主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備。本文采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，分別對(duì)RP-3航空煤油低壓點(diǎn)火特性﹑空氣污染組分H2O和CO2對(duì)煤油低壓點(diǎn)火特性的污染效應(yīng)﹑超細(xì)鋁粉點(diǎn)火和燃燒特性開(kāi)展了研究。論文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論概

4、括如下：
　?。?）在激波管中進(jìn)行了RP-3航空煤油點(diǎn)火特性實(shí)驗(yàn)研究，獲得了低壓條件下（0.05﹑0.1、0.2 MPa）RP-3航空煤油點(diǎn)火延時(shí)與溫度﹑壓力﹑當(dāng)量比及煤油和氧氣濃度的依賴(lài)關(guān)系。通過(guò)與高壓（0.55、1.1、2.2 MPa）結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)當(dāng)量比對(duì)煤油點(diǎn)火特性的影響存在一臨界溫度。在臨界溫度以上，煤油點(diǎn)火延時(shí)隨當(dāng)量比的增大而增長(zhǎng)，臨界溫度以下，煤油點(diǎn)火延時(shí)隨當(dāng)量比增大而縮短，這一臨界溫度隨點(diǎn)火壓力的降低而升高。采用三種

5、煤油燃燒模型對(duì)煤油點(diǎn)火過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)模擬，結(jié)果顯示Honnet等人提出的煤油反應(yīng)機(jī)理在高壓（2.2 MPa）下與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好?；瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)敏感度分析表明：對(duì)煤油點(diǎn)火起促進(jìn)作用的基元反應(yīng)大都是鏈傳遞或分支反應(yīng)，其中H+O2=O+OH影響最為明顯；對(duì)煤油點(diǎn)火起抑制作用的主要基元反應(yīng)大都是消耗自由基的鏈終止反應(yīng)，其中，起最大抑制作用的反應(yīng)為HO2+OH=H2O+O2。
　?。?）在RP-3航空煤油點(diǎn)火延時(shí)測(cè)量基礎(chǔ)上，考察了污染組分

6、H2O和CO2對(duì)RP-3航空煤油低壓點(diǎn)火特性的污染效應(yīng)。結(jié)果表明：壓力為0.1 MPa時(shí)，H2O和CO2單獨(dú)以及同時(shí)存在對(duì)煤油點(diǎn)火基本都沒(méi)有影響；壓力為0.05和0.2 MPa時(shí)，H2O對(duì)煤油點(diǎn)火具有明顯促進(jìn)作用，CO2對(duì)煤油點(diǎn)火產(chǎn)生阻滯作用；當(dāng)H2O和CO2同時(shí)存在且壓力為0.05和0.2 MPa時(shí)，污染組分15％H2O+10%CO2在較大溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出對(duì)煤油點(diǎn)火的促進(jìn)作用。數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明：模擬結(jié)果在評(píng)價(jià)污染物對(duì)煤油點(diǎn)火

7、影響的趨勢(shì)上與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。化學(xué)動(dòng)力學(xué)敏感度分析表明：H2O存在時(shí)，H2O+O2=HO2+OH對(duì)煤油點(diǎn)火具有較大促進(jìn)作用；CO2存在時(shí)，正癸烷與氧氣的氧化反應(yīng)對(duì)煤油點(diǎn)火起主要促進(jìn)作用。
　　（3）進(jìn)行了50 nm﹑200 nm和6μm鋁粉分別在氧化劑O2﹑CO2及H2O中點(diǎn)火特性和燃燒特性的激波管實(shí)驗(yàn)研究，系統(tǒng)考察了溫度﹑壓力和各種氧化劑比例分別對(duì)三種粒徑鋁粉點(diǎn)火特性和燃燒特性的影響。結(jié)果表明：50 nm和200 nm鋁粉在三種氧