基于热-流-固耦合的航空发动机尾气采样装置设计

为满足当前国际社会对于航空发动机排气污染物的严格要求,需要在航空发动机高温、高速尾流场中采集排气污染物并进行组分浓度测量。在使用地面试车台开展某新型低冰点燃料尾气排放特性测量试验时,针对所用发动机排气温度较高的问题,设计了三种带水冷的尾气采样装置方案,并通过热-流-固耦合方法对三种方案的冷却效果和结构强度进行分析。计算结果表明,冷却水进口压力为0.3 MPa时,方案1采样装置表面最高温度超过1600 K,冷却效果无法满足设计要求;方案2采样装置最高温度约840 K,方案3最高温度约1240 K,冷却效果均能满足要求。对方案3进行静强度分析,其静强度安全系数为3.34,具有足够的安全裕度。使用所设计的采样装置成功完成该型燃料尾气成分测量试验,验证了所采用的设计方法的可靠性,可以为提高现有尾气采样装置设计能力提供参考。

甲醇燃料汽车尾气非常规成分采样装置的设计及成分分析

为了研究以甲醇为燃料的汽车尾气的健康效应,设计了一套适合于采集甲醇尾气中非常规成分的装置。此装置以水为吸收液,多孔玻板吸收管为采集器,在冷凝条件下收集甲醇燃料汽车尾管直排气。样品经气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)分析。结果表明,本试验装置成功地收集了甲醇尾气中的非常规成分。经测试,非常规成分有2种,分别为甲醇和甲醛,含量分别为(2.85±0.02)g/m3和(44.33±0.94)mg/m3;甲醇尾气中未采集到颗粒物。除此之外,还对甲醇尾气中的常规成分进行了现场测定,结果CO浓度为(4.02±0.77)%,碳氢化合物(HC)浓度为(1.16±0.08)g/m3,低于汽油尾气。

氢内燃机尾气水含量估算

氢内燃机尾气中水含量较高,对尾气排放取样测量有影响。建立了氢内燃机尾气中水体积百分比(ηH_(2),Oexh)估算式。过量空气系数(λ)在[1,2.5]区间时,氢内燃机尾气中ηH_(2),Oexh随λ增大而减小。λ在[0.5,1)区间时,随λ增大而增大。在λ=1时,ηH_(2),Oexh的极大值约为36.0%。进气温度和湿度分别在25±5℃和50±20%R.H.范围内时,相同λ条件下,氢内燃机尾气中ηH_(2),Oexh变化幅度较小。为避免水的冷凝,氢内燃机尾气采样及传输管路温度应高于75℃。