乙烯/甲烷/氢气三组分简化机理的构建及应用

飞行马赫数的提高使得超燃冲压发动机的热环境日益恶劣。为确保发动机正常工作,常采用机载燃油作为冷却剂的主动冷却系统,实现发动机在运行过程中的实时冷却。在此背景下,航空燃料在进入燃烧室之前已经吸热裂解成多组分裂解气。为了描述裂解气在燃烧室内的燃烧过程,迫切需要开发裂解气的替代组分模型及相应的高精度燃烧机理。本文以国产RP-3航空煤油裂解气的替代组分模型为基础,在宽工况条件下(温度1000~1800K、压力0.5~5atm、当量比0.1~2.0),简化得到了裂解气三组分替代模型(50%乙烯、30%甲烷和20%氢气)的简化机理。该机理以AramcoMech1.3为详细机理,通过直接关系图法(DRG)、灵敏度分析法(SA)删除物种,通过计算奇异扰动(CSP)法删除反应,得到了35种物种146步反应的框架机理。系统的点火延迟时间、层流火焰速度的验证结果表明,该机理的动力学模拟结果与实验数据吻合良好。基于该高精度的三组分框架机理,采用高马赫数气相可压缩燃烧求解器rhoReactingCentralFoam进行非稳态(URANS)的超燃数值模拟。在当量比0.13的工况下,模拟得到的下壁面压力曲线与实验测量结果相符。