煤油及其裂解產(chǎn)物自點(diǎn)火現(xiàn)象的初步實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文目的是研究煤油氣溶膠及其裂解產(chǎn)物的點(diǎn)火延時(shí)和自點(diǎn)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(cè)量為主，測(cè)量了點(diǎn)火延時(shí)并研究了自點(diǎn)火現(xiàn)象。主要內(nèi)容如下： (1)第一章簡(jiǎn)要介紹了本文研究背景和相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)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(shí)驗(yàn)狀態(tài)調(diào)試。包括激波管部件設(shè)計(jì)和安裝、煤油霧化方法、煤油粒徑Mie散射測(cè)量，給出了縫合接觸面運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算和調(diào)試結(jié)果，

2、并確認(rèn)了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。 (3)基于壓力和OH基自發(fā)光信號(hào)測(cè)量結(jié)果，第三章給出了煤油及其裂解產(chǎn)物點(diǎn)火延時(shí)測(cè)量結(jié)果。 ·考察了溫度T、壓力p和當(dāng)量比φ對(duì)點(diǎn)火延時(shí)τig的影響。對(duì)于T=1163K～1653K、p=0.1、0.3和0.6MPa、φ=1煤油/空氣溶膠，τig約為0.10ms～6.36ms。當(dāng)T相同，τig隨p升高而減小，擬合得到τig=4.75×10-7p-1.16exp(17360/T)，其中，τig、p、T的單位分

3、別為ms、MPa、K。對(duì)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，τig約為0.07ms～5.04ms。當(dāng)T相同，τig隨φ增大而減小。擬合得到τig=1.45×10-7φ1.85exp(24950/T)。對(duì)不同壓力和當(dāng)量比的點(diǎn)火延時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，ln(τig)和溫度T均滿足線性分布，這為比較不同條件的點(diǎn)火延時(shí)數(shù)據(jù)提供了途徑。 ·對(duì)不同p的煤油/空氣，p越大，發(fā)生爆燃對(duì)應(yīng)的

4、臨界溫度越低。對(duì)不同φ的煤油裂解產(chǎn)物/空氣，φ越大，發(fā)生爆燃對(duì)應(yīng)的臨界溫度越高。比較煤油及其裂解產(chǎn)物點(diǎn)火延時(shí)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，爆燃對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火延時(shí)均小于1ms。 (4)針對(duì)不同壓力、當(dāng)量比的煤油及其裂解產(chǎn)物，第四章給出了自點(diǎn)火瞬態(tài)流場(chǎng)自發(fā)光成像、OH-PLIF、CH/OH基發(fā)射光譜測(cè)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(dāng)p=0.1MPa、0.3MPa、0.6MPa和φ＝1，測(cè)量了煤油/空氣溶膠自點(diǎn)火燃燒流場(chǎng)自發(fā)光

5、成像，給出不同溫度的自點(diǎn)火流場(chǎng)火焰結(jié)構(gòu)和特征，顯示了不同的高、低溫點(diǎn)火機(jī)理。對(duì)于低溫點(diǎn)火，在點(diǎn)火起始階段，誘導(dǎo)區(qū)出現(xiàn)多個(gè)隨機(jī)分布的火核，火核擴(kuò)展、融合形成火焰面，并向反射端面?zhèn)鞑?。?duì)于高溫點(diǎn)火，在點(diǎn)火起始階段，靠近反射端面形成了火核。當(dāng)點(diǎn)火溫度T>1600K時(shí)，點(diǎn)火直接自從反射端面開(kāi)始。 ·對(duì)相同φ、不同T的煤油裂解產(chǎn)物/空氣，其自點(diǎn)火圖像與煤油類似。當(dāng)φ=0.5，火焰區(qū)圖像表明：當(dāng)T=1536K～1568K，仍為弱點(diǎn)火模式。當(dāng)

6、T=1700K，點(diǎn)火起始階段為爆燃，火焰在傳播過(guò)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(dāng)T=1850K，點(diǎn)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(duì)激光器(YAG+DYE)預(yù)熱后再起動(dòng)，定性地測(cè)量了首次脈沖激光能量，確定了達(dá)到激光能量穩(wěn)定的最大間隔時(shí)間，解決了OH-PLIF系統(tǒng)和激波管運(yùn)行的時(shí)間同步控制問(wèn)題，給出了煤油裂解產(chǎn)物自點(diǎn)火流場(chǎng)OH-PLIF測(cè)量結(jié)果，確認(rèn)了湍流火焰內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)。

7、 ·測(cè)量了自點(diǎn)火流場(chǎng)CH基(CH4/空氣、波長(zhǎng)431nm)、OH基(H2/O2、波長(zhǎng)308nm)自發(fā)輻射的瞬態(tài)光譜特征譜線，與LIFBASE計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(jìn)氣”思想，研制了兩相激波管、配套的霧化燃料形成和進(jìn)氣系統(tǒng)，保證了煤油氣溶膠在低壓段進(jìn)氣和靜置的均勻性，為低飽和蒸汽壓的液態(tài)碳?xì)?/p>

8、燃料兩相點(diǎn)火提供了新的途徑。激波管所模擬低溫點(diǎn)火的壓力、溫度等均和超燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室參數(shù)接近。 (2)測(cè)量了煤油/空氣溶膠、煤油裂解產(chǎn)物/空氣混合物的點(diǎn)火延時(shí)，為超燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)。 (3)結(jié)合點(diǎn)火延時(shí)和點(diǎn)火燃燒流場(chǎng)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(diǎn)火機(jī)理。 (4)將PLIF方法用于自點(diǎn)火燃燒流場(chǎng)診斷，較好地解決了激波管運(yùn)行、PLIF系統(tǒng)的時(shí)間同步控制難題，獲得了火焰內(nèi)部時(shí)