煤油點火及鋁粉點火和燃燒特性的激波管研究.pdf

1、超燃沖壓式發(fā)動機研究是當前高超音速領域研究的熱點問題之一。RP-3航空煤油是超燃沖壓式發(fā)動機的首選燃料，其燃燒動力學機理研究是目前超燃研究中的重要問題。通過考察煤油在不同溫度、壓力和當量比條件下的點火特性，可以為驗證煤油燃燒反應機理及機理簡化提供基礎數(shù)據(jù)依據(jù)，也可以為超燃沖壓式發(fā)動機燃燒室的設計﹑優(yōu)化等提供直接數(shù)據(jù)支撐。超燃沖壓式發(fā)動機研究地面模擬實驗中通過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、實驗與實際飛行中燃料點火特性不一致。為了正確評估這兩種污染組分對燃料點火特性的影響，必須詳細考察H2O和CO2對RP-3航空煤油點火特性的影響效應。同時，在超燃發(fā)動機研究的地面實驗中使用RP-3航空煤油做燃料時，期望通過在燃燒室內(nèi)加入鋁粉與碳氫燃料的燃燒產(chǎn)物H2O和CO2進行二次燃燒，以提高發(fā)動機的推力。通過對鋁粉點火特性和燃燒特性進行研究，既可以為建立和驗證鋁粉點火及燃燒反應機理提供基礎數(shù)據(jù)支撐，又可以為未來進行添加鋁粉燃料超燃沖壓式

3、發(fā)動機燃燒室的設計﹑優(yōu)化等提供重要基礎數(shù)據(jù)。
　　激波管是通過入射激波和反射激波對介質進行一維均勻絕熱非等熵壓縮的實驗設備，它可以通過調(diào)節(jié)激波速度和實驗區(qū)氣體的初始壓力獲得較大范圍的溫度和壓力參數(shù)，因而成為進行燃料點火和燃燒特性研究的主要實驗設備。本文采用實驗和數(shù)值模擬相結合的方法，分別對RP-3航空煤油低壓點火特性﹑空氣污染組分H2O和CO2對煤油低壓點火特性的污染效應﹑超細鋁粉點火和燃燒特性開展了研究。論文主要研究內(nèi)容及結論概

4、括如下：
　?。?）在激波管中進行了RP-3航空煤油點火特性實驗研究，獲得了低壓條件下（0.05﹑0.1、0.2 MPa）RP-3航空煤油點火延時與溫度﹑壓力﹑當量比及煤油和氧氣濃度的依賴關系。通過與高壓（0.55、1.1、2.2 MPa）結果對比發(fā)現(xiàn)當量比對煤油點火特性的影響存在一臨界溫度。在臨界溫度以上，煤油點火延時隨當量比的增大而增長，臨界溫度以下，煤油點火延時隨當量比增大而縮短，這一臨界溫度隨點火壓力的降低而升高。采用三種

5、煤油燃燒模型對煤油點火過程進行了動力學模擬，結果顯示Honnet等人提出的煤油反應機理在高壓（2.2 MPa）下與實驗結果吻合得很好?；瘜W動力學敏感度分析表明：對煤油點火起促進作用的基元反應大都是鏈傳遞或分支反應，其中H+O2=O+OH影響最為明顯；對煤油點火起抑制作用的主要基元反應大都是消耗自由基的鏈終止反應，其中，起最大抑制作用的反應為HO2+OH=H2O+O2。
　　（2）在RP-3航空煤油點火延時測量基礎上，考察了污染組分

6、H2O和CO2對RP-3航空煤油低壓點火特性的污染效應。結果表明：壓力為0.1 MPa時，H2O和CO2單獨以及同時存在對煤油點火基本都沒有影響；壓力為0.05和0.2 MPa時，H2O對煤油點火具有明顯促進作用，CO2對煤油點火產(chǎn)生阻滯作用；當H2O和CO2同時存在且壓力為0.05和0.2 MPa時，污染組分15％H2O+10%CO2在較大溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出對煤油點火的促進作用。數(shù)值模擬與實驗結果對比表明：模擬結果在評價污染物對煤油點火

7、影響的趨勢上與實驗結果一致。化學動力學敏感度分析表明：H2O存在時，H2O+O2=HO2+OH對煤油點火具有較大促進作用；CO2存在時，正癸烷與氧氣的氧化反應對煤油點火起主要促進作用。
　?。?）進行了50 nm﹑200 nm和6μm鋁粉分別在氧化劑O2﹑CO2及H2O中點火特性和燃燒特性的激波管實驗研究，系統(tǒng)考察了溫度﹑壓力和各種氧化劑比例分別對三種粒徑鋁粉點火特性和燃燒特性的影響。結果表明：50 nm和200 nm鋁粉在三種氧