再生式液体发射药迫击炮点火过程建模与试验研究

再生式液体发射药迫击炮点火性能对内弹道性能和液体药燃烧稳定性具有重要影响。针对点火过程,设计了再生喷雾燃烧半密爆装置,测试了燃烧室压力变化。在试验基础上,建立再生式液体发射药迫击炮点火计算模型,对点火过程中燃烧室流场变化进行了数值模拟。结果表明:数值模拟与试验结果吻合度较好,能够反映点火过程燃烧室压力等重要物理量的变化。基本装药燃气的流动具有明显涡旋效应,燃气对喷射活塞、液体药射流运动和雾化燃烧具有较强的冲击扰动。喷射活塞端面和喷口处压力呈振荡发展,压力振荡主频约5.2 kHz。建立的点火计算模型可为后续点火研究和点火设计提供参考。

点火器冷却气流对点火过程影响的实验研究

为提高多通道等离子体点火器的工作可靠性和使用寿命,解决放电引起的瞬时高温和工作环境长时间高温引发的点火器端部烧蚀问题,本文基于嵌入式多通道等离子体点火器和强制对流换热的冷却方式,设计研制了冷却型多通道等离子体点火器,并建立了单头部旋流喷雾基础燃烧室实验系统,开展了冷却型多通道等离子体点火器点火特性实验研究。利用CH*自发光信号诊断系统结合数值图像处理方法分析了放电通道数、冷却气流流量和来流流量对点火过程的影响,并比较了不同条件下的贫油点火边界。结果表明:冷却气流增大了贫油点火极限当量比和点火延迟时间。在400SLM来流、50SLM冷却气流条件下,多通道等离子体点火器的点火极限当量比为0.304,点火延迟时间为37.4ms,均大于无冷却气流工况。相较于单通道点火器,多通道等离子体点火器能显著拓宽贫油点火边界,且受冷却气流影响较小。在400SLM来流且无冷却气流条件下,多通道等离子体点火器可以拓展点火边界3.2%,而在50SLM冷却气流下拓宽效果达到3.7%。

介质阻挡放电辅助稀薄甲烷-空气燃烧点火过程的一维数值模拟

非平衡态等离子体可以辅助稀薄甲烷-空气燃烧,但是目前对该过程的数值模拟尚不深入。本文建立了简化的等离子体辅助甲烷燃烧反应机理,并采用一维流体模型对微尺度DBD非平衡态等离子体辅助稀薄甲烷-空气燃烧过程进行数值模拟。模拟结果显示,等离子体放电可以在较低的初始温度下有效促进燃烧反应的发生,并且随着放电电压增加,放电空间中电子数密度明显增加,同时有效提高了燃烧温度。数值模拟结果可以反映主要活性粒子的变化趋势。在该阶段中,Ar含量增加或者CH_(4)与O_(2)摩尔比增加都会小幅增加燃烧温度,但是影响幅度较小。本研究结果增进了对该过程的了解。

超音速等离子体点火过程的三维数值模拟

为了研究等离子体点燃超音速混合气流的过程,设计并验证了超音速燃烧室的三维计算模型,计算出了燃烧室等离子体点火时的流场参数和化学反应规律,分析了等离子体点火对燃烧室内燃烧的影响。计算结果表明:高温等离子体射流的滞止作用通过增加混合气在燃烧室内的停留时间提高了点火效率;等离子体点火时燃烧区域的压力扩散比较充分,内部为压力相对平衡的低速流动;高温等离子体射流高速射向混合气流时产生的速度矢量偏移扩大了点火面积,从而使点火效率得到提高;氢气、空气燃烧的燃烧产物主要是水,燃烧区域局部温度主要受局部放热反应的影响。

点火过程对小型固体火箭发动机内弹道影响

为了研究某小型固体火箭发动机点火过程对内弹道性能的影响,建立包含点火过程的小型固体火箭发动机的内弹道数值研究模型和试验验证方案,对点火药量为1.0 g、0.8 g、0.6 g和0.4 g的发动机进行了内弹道数值研究,试验研究了点火药量为1.0 g和0.8 g两种情况,数值计算结果与试验结果基本一致。研究结果表明:小型固体火箭发动机由于燃烧室体积小,点火过程对内弹道影响明显;点火药量越大,点火药装填密度越大,引起压力峰值越大,稳定工作时间越短;经验估算得到的1.0 g点火药量产生了过高的压力,是稳定压力的三倍,0.8 g的点火药量能够满足点火可靠性和总体设计要求,产生最大压力为27.08 MPa,稳定工作时长159 ms,建议该小型火箭发动机的点火药量为0.8 g。

进口参数对等离子体点火过程影响的数值模拟

为了研究进口参数对等离子体点火过程的影响规律,建立了燃烧室等离子体点火的数值计算模型,对燃烧室内等离子体点火时的化学反应和流场进行了数值模拟。进而分析了等离子体点火器喷出的射流速度、射流温度和混合气的进口速度等进口参数的变化对燃烧室等离子体点火过程的影响规律。结果表明:在等离子体点火器喷出的高温射流进入燃烧室后,燃烧区域向上游的扩展程度远大于向下游的扩展程度,首先在上游形成稳定燃烧;等离子体射流速度对点火延迟时间的影响相对较小,但可以增强等离子体射流的穿透能力;混合气的点火延迟时间随射流温度的升高而减小,随混合气进口速度的增大而增长。

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。

硼颗粒在固冲环境中点火过程影响因素的数值模拟

采用修正的Williams硼颗粒燃烧模型对固体推进剂燃烧环境条件下的硼颗粒点火进行了数值模拟,计算了环境温度、气相氧化剂种类和分压、颗粒初始半径及氧化层厚度对硼颗粒点火的影响。结果表明,环境温度升高可以缩短硼颗粒点火延迟时间和点火时间;环境中氧分压过大会延长点火延迟时间;水蒸气分压越大,点火时间越短;硼颗粒半径增大会导致氧化层厚度增大进而延长点火时间和点火延迟时间。

点火过程和初始条件对燃烧轻气炮内弹道性能的影响

采用计算流体力学方法对燃烧轻气炮膛内燃烧过程进行数值模拟,分析不同的点火点数目和点火能量以及初始温度和压力对燃烧轻气炮内弹道特性的影响。结果表明,采用合理的点火点数目、初始温度和压力条件可以有效控制氢气的燃烧过程,减弱燃烧室内的压力波动。模拟结果对燃烧轻气炮膛内燃烧过程控制具有重要参考价值。

点火燃气流量特性对短脉冲推冲器点火过程影响数值分析

短脉冲推冲器的工作时间极短,其点火过程对点火燃气流量特性非常敏感。为提高点火的稳定性和可靠性,优化点火药与主装药能量匹配,应用流体计算软件(Fluent),对不同点火流量特性情况下短脉冲推冲器点火过程进行了轴对称数值分析。结果表明,在点火燃气作用时间τ一定的情况下,点火燃气上升时间τ_a对点火延迟时间、主装药点火期间燃烧室内最大压强和最高温度有明显影响。当τ_a>0.3 ms或τ_a<0.3 ms时,会造成点火期间燃烧室内压强过高。当τ=1 ms,τ_a=0.3 ms时,推冲器点火燃气流量特性与主装药瞬时点火具有较优的能量匹配。

随机因素对火药激光点火过程影响的研究

激光点火可以改善密实药床的点传火性能 ,避免局部点火。但是 ,在激光点火过程中 ,药粒直径、激光能量、激光直径、脉冲宽度等参量都是随机变化的 ,这些随机因素会影响激光多点点火的同时性和一致性。

固体火箭发动机点火过程流固耦合仿真研究综述

介绍了流固耦合的相关理论,分析了流固耦合实现的过程,综述了国外基于流固藕合方法的固体火箭发动机点火过程仿真研究现状及其主要成果。

Helmholtz型无阀自激脉动燃烧器点火过程数值模拟研究

本文利用FLUENT 15. 0软件,在无特殊周期性边界条件的影响下,采用标准的k-epsilon模型成功模拟了Helmholtz型无阀自激脉动燃烧器的点火过程。模拟结果和前期实验现象结果吻合良好,为点火过程的分析提供了更多的数据支持。根据数值模拟结果探讨了Helmholtz型无阀自激脉动燃烧器整个点火过程中,燃烧器中压力和气体流速的变化和分布情况。分析了前期爆燃过程中脉动燃烧器中温度场的变化情况及回流现象。进一步佐证了爆燃能量集聚和烟气回流是脉动燃烧器成功点火的重要原因。

发动机点火过程中压强振荡对人工脱粘的冲击分析

针对固体火箭发动机点火过程,采用流固耦合的方法数值模拟了点火过程中发动机内流场以及药柱人工脱粘附近应力应变的变化情况。计算表明,点火初期发动机内部出现激波,并在药柱通道内振荡传播,随时间减弱为压强振荡。压强波动对人工脱粘缝隙的冲击会影响脱粘缝内流场的分布和应力应变,人工脱粘层尖端应力变化与升压梯度变化存在对应关系。激波对人工脱粘缝隙的冲击会引起装药明显变形,但是不会使缝隙增大。

激光点火过程的简化解析解

对激光点火问题进行了理论研究。给出了激光点火热流方程的一般形式,根据工程实际对方程进行了简化处理,并运用Laplace变换得到了激光点火问题的解析解,进而获得点火时间、点火能量关于材料物性参数、光学参数的函数表达式。

立柏8410型ICP光谱仪点火过程的常见故障的排除

本文介绍了澳大利亚立柏(Labtam)公司生产的8401型Plasmascan高频电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma,简称ICP)发射光谱仪在各指示灯都正常显示,而不能正常点火的情况下的几种故障的排除,并分析了造成故障的原因。

霍尔推力器点火过程研究现状及展望

为了总结霍尔推力器点火启动过程方面的研究成果,梳理未来的研究方向,对国内外相关研究进展进行了综述,详细分析了霍尔推力器点火启动过程及其关键研究点,总结了霍尔推力器点火启动过程中阴极电子源效应、点火启动条件、点火启动过程及等离子体演化过程、点火冲击电流、抑制方法以及点火过程向稳态转换过程的基本概况和发展趋势。面向未来深空探测、商业航天等空间推进任务,提出了霍尔推力器点火启动过程值得研究的问题和方向。

乙烯高速射流点火过程试验研究

为了研究超燃冲压发动机燃烧室流动状态下的富燃燃气点火过程,设计建立了一套用于研究高速乙烯射流在富燃燃气中点火过程的高温同轴射流试验装置。试验研究了伴流当量比1.4和1.6,乙烯射流喷注压力2×10~5Pa和3×10~5Pa参数下的点火过程,试验过程中乙烯射流均能实现稳定燃烧。结合高速摄像机和后处理分析点火过程发现:(1)乙烯高速射流在富燃燃气中的点火过程主要分为4个阶段:(a)主流和伴流掺混;(b)主流和空气发生剧烈化学反应;(c)火焰在下游发生局部熄火;(d)火焰达到稳定状态。(2)伴流当量比1.4比伴流当量比1.6更有利于高速流动下的点火。(3)乙烯射流速度的增大会导致不充分燃烧,火焰亮度变弱。

双脉冲发动机点火过程三维数值模拟

以喷射棒式双脉冲发动机燃烧室、级间隔离装置和喷管一体化为研究对象,采用数值仿真技术对Ⅱ脉冲点火过程三维流场特性进行分析研究。计算结果表明,点火初期燃气压力波峰超前于火焰峰到达级间隔离装置,并以压强冲击波形式传播,Ⅱ脉冲燃烧室相对高压区位置不断发生改变;级间孔打开过程对药柱末端压强影响较大,但对Ⅱ脉冲燃烧室压强整体上升过程影响较小;级间孔打开后,燃气经级间孔加速后形成高度欠膨胀射流,并在Ⅰ脉冲燃烧室内形成非对称带状低压区;级间孔分布的非对称性,导致压强及温度在发动机燃烧室中呈现显著的三维分布特性;高温区出现在隔板附近,而在装药前端、装药末端及外围级间孔轴线附近出现低温区。