乙烯點火特性及其污染效應的激波管研究.pdf

1、超燃沖壓發(fā)動機(scramjet engine)在未來空天飛行器運用中有著廣泛的應用前景。在高超聲速條件下，燃料在燃燒室內(nèi)停留時間短，點火問題成為其關注的問題之一。激波管是進行燃料點火延時研究的主要實驗手段，通過調(diào)節(jié)入射激波的速度可以獲得較大的溫度和壓力范圍。
　　 本論文在新建激波管的基礎上搭建了一套激波管點火實驗系統(tǒng)，參考超燃發(fā)動機的工作環(huán)境，在接近空氣組成的氧氣濃度條件下測定不同狀態(tài)乙烯點火特性及污染物H2O和CO2存在時

2、對其點火延時特性的影響。
　　 在新建的激波管上搭建完成了包括激波管進氣系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)和光譜測量系統(tǒng)的激波管實驗系統(tǒng)。通過運行調(diào)試，為點火延時的測量打下了基礎。對激波管實驗系統(tǒng)加裝恒溫裝置，使激波管在實驗中保持135℃的高溫，減小了污染組分H2O在管壁吸附對實驗帶來的影響。
　　 利用點火過程中OH或CH自由基的特征發(fā)射光譜強度的急劇變化作為點火發(fā)生的標志，實驗研究了C2H4/O2/Ar混合氣在O

3、2含量接近為空氣的20％時，點火壓力分別為2、7和12atm，化學當量比Φ為0.5、1和2，溫度范圍為800-1650K條件下的乙烯點火延時特性，分別考察了壓力和當量比對乙烯點火延時的影響。通過擬合獲得了乙烯點火延時與溫度、壓力、化學當量比、燃料、氧化劑的濃度等參數(shù)相關性的擬合公式為：
　　 τ=2.61×10-6[C2H4]0.36[O2]-1.27[Ar]-0.1×exp(71726/RT)
　　 τ=0.405×P

4、-0.9φ0.37XO2-0.97×exp(62197/RT)
　　 其中，點火延時時間的單位為μs，反應物濃度為mol/cm3，壓力P為atm，Φ為化學當量比，點火活化能的單位為J/mol。對乙烯點火轉(zhuǎn)爆轟現(xiàn)象進行了初步觀察，探討了其與初始溫度、點火溫度及當量比的關系。
　　 在乙烯點火延時測量的基礎上，分別考察了污染物H2O和CO2單獨與協(xié)同存在對乙烯點火延時的影響。在2atm，Φ=0.5、1條件下，加入氣相體積比7

5、.5％、15％和25％H2O，10％CO2及25％H2O+10％CO2，在點火溫度為800-1400K范圍內(nèi)，獲得了乙烯點火延時的變化情況。結(jié)果顯示：H2O在宏觀上對乙烯點火時間的影響較小，在Φ=0.5時基本沒有影響，加入25％的水在Φ=1.0時對其有輕微的影響(800K時增長32％)。影響的原因應是兩方面因素協(xié)同所致：加水帶來的熱容增大使其增長；而直接參與化學反應產(chǎn)生了利于促進點火反應的自由基，使點火延時縮短。CO2對乙烯點火延時在Φ