空气加热器喷雾燃烧流场仿真模拟

为研究喷注压降对空气加热器喷雾燃烧流场的影响规律,采用DPM离散相模型,结合考虑湍流燃烧效应的涡耗散模型对酒精/液氧/空气三组元加热器进行仿真计算,并与理论计算及试验结果进行对比,验证模型的准确性。仿真结果表明:在保持三组元流量恒定的条件下,提高空气喷注压降能够缩短酒精喷雾的雾化距离与火焰长度,当空气喷注压降提高后,能使喷雾距离缩短50%,火焰长度缩短40%,燃烧室内温度分布更加均匀,有利于提供满足试验需求的均匀热气流;同时,降低酒精喷注压降能够减小酒精喷雾的穿透距离,使火焰更加集中于燃烧室轴线处;当空气喷注压降超出工作范围时,火焰无法附着在喷嘴出口,容易造成加热器熄火;过高的酒精喷注压降会使燃烧火焰周期性摆动,不利于燃烧室热防护。

高压液氨喷雾燃烧的数值模拟和试验验证

以液氨喷雾混合气形成和燃烧过程为对象进行数值模拟和试验验证。根据试验获得的气液相贯穿距数据对三维模型进行参数标定。结果表明:建立的喷雾模型可以在高温高压环境条件下准确预测液氨喷雾的贯穿发展过程;在喷雾混合气形成过程中液氨气化吸热导致喷雾中心区域降温效果明显,降温高达100 K;氨较高的汽化潜热使之较难蒸发,喷雾边缘处氨的质量分数多在0.1上下。利用特征时间燃烧模型对液氨喷雾燃烧过程进行初步计算,可以较好地模拟整个燃烧过程。

扣焓火焰面模型在喷雾燃烧模拟中的应用

基于OpenFOAM的求解器,使用大涡模拟结合纯气相火焰面生成流形方法进行了喷雾燃烧模拟,并采用简单的扣焓处理来考虑蒸发热损失.该求解器首先借助悉尼乙醇喷雾火焰标模EtF7进行了验证.预测的气相平均温度和液滴统计数据与实验数据吻合良好,精度与喷雾火焰面模型接近.湍流-化学反应相互作用建模处理可能对模拟精度有更大影响.然后,对一个真实的航空发动机折流燃烧室进行了两组工况的数值模拟.仿真结果合理展现了两种工况下喷雾火焰燃烧的不同特征,并且预测的总压损失值接近于测量值.

LPP低污染燃烧室两相喷雾燃烧数值研究

提出一种带有多点燃油直接喷射双环预混旋流(TAPS/MLDI)头部的贫油预混预蒸发(LPP)低污染圆筒燃烧室,为了获得该燃烧室两相喷雾燃烧流场与燃烧性能,利用Fluent数值研究三种LPP燃烧室头部方案和四种进口工况。计算结果表明:(1)LPP燃烧室头部冷态流场存在中心回流区、角落回流区和唇口回流区,流场结果与PIV试验结果吻合较好。(2)在头部方案不变的情况下,工况从100%推力下降到7%推力时,出口平均温度逐渐下降,污染物NOx排放相应减少。(3)在进口工况不变时,头部方案B燃烧性能相对最优。(4)热力型NOx的生成速率与燃气温度超过1950K区域的大小和最高燃气温度直接相关,热力型NOx的生成主要分布在火焰锋面附近。

荷电喷雾燃烧的研究

进行了燃油荷电喷雾的实验研究 ,设计了燃油荷电喷雾实验台 ,测量了荷质比、雾滴粒径等 ,并将PIV技术应用于荷电喷雾流场研究。实验结果表明 :在相同条件下 ,燃油荷电后将使雾滴粒径有较大幅度的降低 ,喷雾流场变得均匀、松散 。

雾化特性对喷雾燃烧点火过程的影响

为了研究雾化特性对喷雾燃烧点火过程的影响,用马尔文激光粒度分析仪等雾化测量系统,对离心喷嘴流量、喷雾锥角、周向不均匀度、液滴索太尔平均直径(SMD)、液滴尺寸分布指数(N)等雾化特性进行了测量;采用高速摄影机和热电偶测温系统,记录了燃烧室内点火过程和燃烧室出口温度变化历程,揭示了初始火焰形成及火焰传播过程,探讨了喷嘴雾化特性对燃烧室初始火焰形成、火焰发展、出口温升开始时间、最大温升时间以及温升率等点火过程和点火性能的影响规律。研究结果表明:随着供油压力的提高,离心喷嘴的燃油流量呈现二次曲线增加,SMD逐渐减小,N值呈现先下降后上升的趋势。在点火油气比为0.0078~0.0125时,随着供油压力的提高,初始火焰变长,火焰的发展先沿着靠近燃烧室上壁面部分向下游发展,再向燃烧室中下部分发展,火焰亮度增强,燃烧室出口温升开始时间缩短,最高温升时间增大,温升率提高,最大温度值上升。在相同的点火油气比下,距离燃烧室上壁面1/4燃烧室高度处热电偶(TC-1)温升值和温升率最高,温升开始时间最低;距离燃烧室上壁面3/4燃烧室高度处热电偶(TC-3)温升值和温升率最低,温升开始时间最高。

湍流燃烧模型对双旋流燃烧室喷雾燃烧的影响

采用数值模拟与试验测量相结合的方法,研究扩展旋涡破碎模型、扩展二阶矩模型和涡团耗散概念模型等三种湍流燃烧模型对双旋流湍流喷雾燃烧流场的影响。在任意曲线坐标系下数值研究双级轴向旋流器环形燃烧室全流程流场,采用粒子图像测速仪测量燃烧流场气流速度分布,热电偶测量燃烧室出口温度分布。计算结果与验证试验数据比较表明:不同湍流燃烧模型对双旋流湍流喷雾燃烧影响较大,所得的回流区形状、速度、温度场以及出口温度分布等都不太相同,其中扩展二阶矩模型所得的结果与试验值符合最好,更适用于模拟双旋流环形燃烧室湍流喷雾燃烧。

RBCC直扩燃烧室煤油喷雾燃烧火焰稳定与放热规律的数值模拟

扩张构型燃烧室的燃烧流动细节与放热规律是RBCC发动机设计中的核心技术。采用湍流流动的分离涡(DES)计算方法,数值计算了RBCC燃烧室以凹腔作为火焰稳定器的液态煤油喷雾燃烧三维两相流动。针对逐级扩张的RBCC燃烧室构型,详细研究了不同来流状态下的喷雾燃烧流动特征以及液态煤油分级喷注的放热规律。研究表明,高来流总温条件下,凹腔火焰稳定器可起到驻留火焰的作用,在相对较低来流总温条件下,凹腔并非是实现火焰稳定的充分条件,必须采用其他方式补偿液态燃料蒸发吸热所损失的热量。考虑到扩张构型的几何通道承受的压力提升范围有限,燃料喷注位置不宜安置在燃烧室上游流场;为了实现最大的燃烧效率以及发动机推力,采用前后级辅助喷注的方式是目前可行的解决措施。

撞击流对喷雾燃烧强化机理的数值模拟

为了掌握液体燃料喷雾撞击燃烧过程中不同流场条件对燃烧过程的关键影响因素及其影响规律,进而探索不同流场条件对喷雾撞击燃烧过程的强化机理,采用数值模拟方法对同轴对置式双喷嘴撞击流喷雾燃烧进行研究.结果表明:燃料质量流量相同时,双喷嘴撞击流对燃烧存在明显的强化作用;随着入口速度的增加,燃料蒸发与反应速率提高,燃烧温度增加;两喷嘴存在一个最佳间距,使得燃烧效果最佳,随着喷嘴间距的增加或减小,燃烧反应都会减弱;喷嘴夹角为180°时,燃烧效果最佳,随着喷嘴夹角的减小,蒸发速率会增加,燃烧反应会受阻.

喷雾燃烧热分解制备Cr掺杂TiO_2纳米粒子的可见光催化性能

采用一步喷雾燃烧热解法制备了Cr掺杂TiO2纳米粒子,研究了Cr掺杂对样品微结构、吸光特性和可见光催化活性的影响.结果表明:增加Cr掺杂量抑制锐钛矿相的形成,同时促进金红石相的形成.在低Cr掺杂量下(≤1%),Cr主要以Cr3+的形态进入TiO2晶格,而Cr掺杂量过大时,易于形成Cr2O3团簇.光催化降解2,4-二氯苯酚结果表明,适量的Cr3+掺杂可以有效地提高TiO2的可见光催化活性,获得最高光催化活性的Cr3+掺杂量为1at%.样品可见光催化活性的提高主要与Cr掺杂引起的可见光吸收增强、晶相组成改善以及光生电子和空穴传输效率提高有关.

直喷式柴油机准维现象学多区喷雾燃烧模型

以燃料与空气分布状态控制可燃混合气的形成和燃烧过程为基本思路 ,建立直喷式柴油机准维现象学多区喷雾燃烧模型及碳粒预测子模型 ,较好地预测了柴油机火焰温度和碳粒浓度 ,为柴油机气缸内热辐射研究提供一定的依据 .

柴油机喷雾燃烧过程的动态可视化试验

基于柴油机喷雾燃烧可视化方法,在DLH1105型产品发动机的基础上进行了发动机的改装、光路系统的开发和数据采集及控制系统的开发,研制出喷雾燃烧多功能动态可视化试验装置.同时总结出试验装置建立过程中应该注意的一些关键问题.在该试验装置上,分别对25MPa和18MPa的喷油压力下以及62mm圆柱形、55mm圆柱形、55mm圆柱左偏斜形、55mm圆柱右偏斜形4种燃烧室形状下的喷雾燃烧过程进行了喷雾燃烧可视化试验,获得了喷雾燃烧照片,通过对比分析得出高喷油压力及偏斜形状燃烧室具有更优的喷雾燃烧特性.

撞击流对喷雾燃烧强化机理的试验

为了掌握液体燃料喷雾撞击燃烧过程中的关键影响因素及其影响规律,进而探索撞击流对喷雾燃烧的强化机理,搭建了喷雾撞击燃烧试验平台.利用数码摄像机、热电偶和红外热像仪分别记录火焰形态和温度分布,并对火焰形态参数和温度数据进行分析.结果表明:消耗相同燃料量时,双喷嘴喷雾撞击燃烧相比单喷嘴喷雾燃烧,火焰更加稳定,温度更高且分布更均匀;随着气相速度的增加,燃烧效率及撞击火焰区温度先升高后趋于稳定;随着空燃比的减小,燃烧效率先升高后降低,撞击火焰区温度先升高后趋于稳定;随着喷嘴间距的减小,燃烧效率及撞击区火焰温度先升高后降低;喷嘴夹角越接近180°,燃烧效率和火焰整体温度越高,撞击火焰区越稳定.

富氧条件下乙醇喷雾燃烧特性的实验研究

利用McKenna型平面火焰燃烧器搭建乙醇喷雾燃烧实验台架,研究富氧条件下乙醇喷雾的燃烧特性.通过数字图像处理技术提取喷雾火焰特征参数和CH*自由基分布特征参数.其中,火焰特征参数包括火焰面积、火焰高度、火焰平均亮度.分析伴流气体O_2浓度、伴流气体CO_2浓度、乙醇与雾化N_2质量流量比对喷雾火焰特性及CH*自由基分布特性的影响.研究表明,在O_2浓度为21%~55%时,随着O_2浓度的增加,火焰高度和火焰面积均呈降低趋势,而火焰平均亮度呈升高趋势.通过对CH*自由基分布特性的分析发现,O_2浓度越高,燃烧反应区域的分布范围越小,反应强度越大.CO_2浓度对喷雾火焰尺寸与火焰平均亮度的影响与O_2浓度的影响相反,并且CO_2浓度对喷雾火焰平均亮度的影响明显大于其对喷雾火焰尺寸的影响.随着乙醇与雾化N_2质量流量比的增加,火焰尺寸及燃烧反应强度均呈显著升高趋势.

液氢/液氧火箭发动机喷雾燃烧过程三维数值模拟

用三维湍流Ｎ－Ｓ方程及拟流体模型描述液体火箭发动机内部喷雾两相燃烧流动过程，两相之间的质量交换采用蒸发模型计算，气相化学反应速率采用Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ公式计算。采用ＳＩＭＰＬＥＲ与ＩＰＳＡ算法求解两相控制方程并对氢氧发动机燃烧流动过程进行了三维数值分析，得到了发动机推力室内燃气参数的详细分布情况。结果表明对氢氧发动机而言，蒸发过程非常快，推进剂混合过程是燃烧过程的决定因素。

柴油机伞帘喷雾燃烧系统空气运动的数值模拟

用数值分析方法研究柴油机伞帘喷雾燃烧系统中的空气运动规律,探讨了缸内流场的演变过程、涡流与挤流的相互作用和燃烧室结构的影响,并比较了该燃烧系统与原机燃烧系统中的流场.计算基于任意拉格朗日-欧拉法,采用k-ε湍流模型.计算结果表明,在上止点前较大的曲轴转角范围内,纵剖面流场结构相似.无涡流时接近上止点的缸内纵剖面流场受挤流控制.挤流促进燃烧室中心线附近的空气运动;逆挤流主要发生在燃烧室边缘;涡流使流场复杂化,随着涡流强弱不同,缸内形成不同的流动图案;折转壁面间的过渡情况影响气流贴合壁面情况;伞帘喷雾燃烧系统的挤气面积远大于原机,因此前者的空气运动明显强于后者,较强逆挤流维持的时间长于后者.

涡流对船用柴油机喷雾燃烧及排放影响的数值研究

涡流对船用柴油机的喷雾燃烧及排放过程起着至关重要的作用.基于雷诺平均模拟方法(RANS)结合KHRT液滴破碎模型和CTC/Shell燃烧模型研究了涡流对船用柴油机喷雾燃烧及排放的影响.首先对重油喷雾进行标定,标定后模拟贯穿距与实验数据吻合较好;然后基于验证的喷雾模型,通过对比环境涡流下不同喷射角的喷雾形态、贯穿距、燃油蒸发质量和液滴平均粒径(SMD),研究了涡流对重油喷雾的影响.结果表明,涡流方向与喷雾方向相反或垂直时,涡流作用力可抑制喷雾轴向贯穿距的发展,增加了液滴与环境气体的相互作用进而促进喷雾雾化和蒸发;涡流与喷雾相切时,涡流可以促进喷雾轴向贯穿,但喷雾蒸发较差.进一步对CTC/Shell燃烧模型进行标定,标定后模拟放热率与实验数据吻合良好.最后基于验证的喷雾燃烧模型,研究了涡流比对船用柴油机喷雾燃烧和排放的影响.结果表明:一定范围内随着涡流比增大,喷雾液滴更加分散,喷雾气相蒸发加强,导致缸内燃烧更加剧烈,缸内最高爆发压力和最高温度升高,氮氧化物(NO_x)排放增多.

柴油、乳化油和甲醇喷雾燃烧光强波的研究

探讨了柴油机燃烧光强波的性质。在不同压力、氧浓度的条件下,对柴油、乳化油、甲醇喷雾的燃烧光强波进行了测量分析。结果表明,柴油机的燃烧光强波所反应的是火焰内碳粒的氧化历程。对于不同的燃料,燃烧光强波的强弱并不仅仅取决于火焰中碳粒的数量,同时还取决于火焰中的氧浓度。

环境温度对掺水乳化柴油喷雾燃烧特性的影响

柴油机中燃用掺水乳化柴油有提高燃烧热效率的潜力,并同时降低碳烟和NOx排放.利用定容燃烧弹台架,对比试验了纯柴油和掺水乳化柴油的燃烧特性,并重点研究了环境温度对掺水乳化柴油喷雾和燃烧特性的影响.结果表明:相比于纯柴油,掺水乳化柴油能明显降低燃烧过程中碳烟的生成量;掺水乳化柴油中水的蒸发和微爆作用随环境温度的升高逐渐增强,能有效促进喷雾雾化和油、气混合过程;随着环境温度的升高,掺水乳化柴油的滞燃期及火焰升举长度均减小,燃烧火焰亮度增大.高环境温度工况下,碳烟前期生成速率和后期氧化速率均增大,使得不同环境温度工况下掺水乳化柴油最终碳烟的排放量相差较小.

快速制备纳米级金属氧化物的喷雾燃烧法

由高压纯氧借高效雾化燃烧器将金属熔体进行雾化，并立即于燃烧室中直接氧化燃烧，可快速制得纳米级金属氧化物陶瓷粉体。应用该工艺不仅制备出了Bi2O3.SnO2和In2O3陶瓷粉未，同时在将Sn-In合金熔体进行喷雾燃烧时，获得了复合的SnO2／In2O3金属氧化物纳米粉体，粉体的平均粒径为20nm。制备1kg的金属氧化物粉未，仅需45～48s即可完成。