定容燃烧弹内闪沸燃烧研究

闪沸喷雾作为一种相变喷雾形式,在替代燃料和零碳燃料的燃烧方面具有重要意义。然而当前的研究大部分集中在喷雾形态研究上,对燃烧机理的研究较少。故本文使用定容燃烧弹对稀薄条件下的闪沸喷雾雾化和燃烧过程进行分析,重点研究闪沸喷雾特性、混合气着火特性、火焰传播特性和燃烧放热特性。结果表明,闪沸喷雾能有效降低着火延迟,提升火焰传播速度,从而有利于能量转换,实现更高的放热率和更高的放热量。并且闪沸喷雾火焰前端形状更加规则,表明更加稳定的火焰传播,有助于提升发动机的热效率和稀燃条件下的燃烧稳定性。

基于定容燃烧弹的单孔主动预燃室几何参数对燃烧特性的影响研究

基于定容燃烧弹试验平台,采用燃烧可视化方法研究了预混式单孔主动预燃室的几何参数对预燃室点火特性的影响。在火焰发展初期的定压燃烧过程中,将从点火开始到火焰面积达到燃烧弹可视窗口面积一半所用的时间定义为初期火焰发展时间,作为衡量不同几何参数下主动预燃室点火效果的参考指标:在不同喷孔孔径(2.0~4.0 mm)、不同预燃室通道内径(3.0~5.5 mm)、不同下端开口角度(0°~75°)的试验条件下,初期火焰发展时间的最大差异分别为9.3 ms、6.8 ms、2.9 ms,最终得出3个几何参数对单孔主动预燃室点火效果的影响程度排序由大到小依次为喷孔孔径、预燃室通道内径、下端开口角度。

基于LabVIEW的定容燃烧弹控制与数据采集系统设计

为了解决传统定容燃烧弹系统实验操作繁琐、数据采集精度低、数据传输慢和系统控制效果差等问题,设计了一种定容燃烧弹控制与数据采集系统。首先,对定容燃烧弹各系统进行方案设计,结合传感器、点火线圈和高速摄像机等硬件搭建系统的功能模块;其次,完善LabVIEW软件编程上位机对单片机、cRIO控制器组成的下位机的系统控制和数据采集;最后,通过实验测试系统的性能。结果表明:设计的控制与数据采集系统实现了定容燃烧弹系统的集成化,优化了实验步骤,提高了实验效率,提升了数据采集精度和数据传输速度,并实现系统数据采集与控制的数字化、图像化和自动化。所设计的定容燃烧弹控制与数据采集系统可进行预混燃烧及喷雾实验,可为内燃机和燃气轮机等燃烧室的设计及合理应用提供参考。

基于定容燃烧弹的正丁醚压力振荡特性试验研究

基于定容燃烧弹实验平台,在环境压力为0.05~0.20 MPa、温度为423~453 K、当量比为0.7~1.6条件下开展正丁醚的压力振荡特性试验研究,获得正丁醚燃烧过程中的燃烧压力、火焰形态、燃烧弹振动、声压实验数据并对其进行分析。研究结果表明:正丁醚在较低温度、较高压力下,当量比为1.5左右时产生的压力振荡强度最大,燃烧过程中的压力、振动、声压、亮度等信号具有相同的变化规律,均呈现出随温度增加缓慢降低、随压力增加显著增强、随当量比增加先增后减的趋势。随着压力振荡强度增大,振荡的主频向高频方向移动。正丁醚的火焰不稳定性与压力振荡的产生存在一定关系。

多功能燃烧弹试验系统的研究与开发

为了获得燃烧边界条件的精确控制及发动机多种内特性测试仪器设备的使用,同时改善定容燃烧弹的局限性,本研究进行了多功能燃烧弹的研制。多功能燃烧弹试验装置主要由燃烧弹部分、混合气配给系、燃料/空气混合系、喷油系、点火系、控制系统和数据采集分析等系统组成。多功能燃烧弹不仅具备良好的边界条件可控性,而且具备定压燃烧、复合燃烧过程以及定容燃烧过程的试验功能。它可对多种燃料、多种点火方式进行试验研究,并可对动态信号、光谱信号及其稳态参数信号进行采集。同时,该燃烧弹可以按照试验者的边界条件要求较准确地将燃烧边界条件控制在理想的状态,并可全面地进行发动机的工作过程研究。

定容燃烧弹中离子信号的特征分析

在定容燃烧弹中同时进行离子信号和压力的测量,并通过高速摄影仪在燃烧过程中拍摄的纹影照片与相应的离子信号进行对比,分析了点火和燃烧中离子信号的点火、火焰前锋和火焰后区三个阶段.阐述了点火阶段的离子信号主要与电极间空气隙被击穿瞬间火花放电时产生的感应电压有关,火焰前锋的信号主要与电极附近的火核有关,以及火焰后区的信号主要与已燃区内各种成分的离子和电子有关的观点;论述了离子信号三个阶段的主要特点以及产生的主要原因.

一种研究柴油甲醇双燃料的定容燃烧弹试验装置

设计并研制了一种定容燃烧弹试验装置,用于对柴油在甲醇/空气预混均质混合气中燃烧特性的基础研究。介绍了该试验装置的各子系统的原理、结构及特点。定容燃烧弹试验结果表明:甲醇抑制了柴油的着火燃烧,随着甲醇/空气混合气浓度的增大,燃烧火焰变暗,碳烟生成受到抑制。与空气热氛围相比,甲醇/空气混合气氛围延长了柴油的滞燃期,加长了火焰的浮起长度。火焰稳定后,甲醇氛围中火焰的浮起长度随时间的变化比在纯空气氛围中大。

一种定容燃烧弹内的湍流发生系统

设计了一种定容燃烧弹内的湍流发生系统。它主要包括湍流发生系统、定容燃烧弹、孔板运动规律测量 ,着重介绍了其设计原理和结构特点。

一种可变湍流参数的定容燃烧弹试验装置

设计了一种可变湍流参数定容燃烧弹试验装置 ,用于预混湍流燃烧的基础研究。该试验装置利用带有通孔的板在容弹内的快速平动来产生可控的湍流 ,它能方便地改变容弹内充量的湍流参数 (包括湍流强度和湍流标尺 )、热力参数 (包括燃空比、残余废气系数和压力 )以及点火参数 (火花塞位置、电极间隙与点火能量 )。介绍了该试验装置的定容燃烧弹、湍流发生系统、混合气配制系统、点火系统、燃烧压力测量系统、纹影与高速摄影系统以及时序控制系统等子系统的设计原理、结构及其特点。

LabVIEW环境下定容燃烧弹数据采集系统研究

为了精准控制定容燃烧弹的点火和数据采集,本文参考汽车点火系统,利用固态继电器等电子元件,设计了定容燃烧弹的点火控制电路,并利用PCI-1712L数据采集卡等硬件设备,设计了定容燃烧弹数据采集控制虚拟仪器系统,同时采用LabVIEW软件编写了数据采集控制系统程序。经过实验证明,该控制系统能控制定容燃烧弹的点火,调节点火电能量,实现模拟燃烧过程的数据采集、信号波形显示、数据储存等功能。该研究实验过程简便,数据更精准,为内燃机的模拟燃烧实验奠定了理论基础。

定容燃烧弹内湍流特性的研究

在对定容燃烧弹内的湍流进行循环分辨分析的基础上 ,计算了湍流的强度、自相关系数、标准一维能谱密度以及泰勒微观时间尺度。同时研究了传统集平均湍流研究方法和循环分辨分析法两者具有较大偏差的根源 ,从频率成分和尺度大小两方面刻画了湍流脉动与集平均脉动之间的区别和联系。通过比较不同“时窗”宽度和不同“相关窗”宽度条件下计算出的湍流能谱、自相关系数等湍流参数 ,找到了“时窗”和“相关窗”各自比较合适的折中值。

定容燃烧弹中火核生成及初期发展的数值模拟

本文发展了一种新的预混湍流火核生成及初期发展的模型，该模型基于准维模型的基本思想，摒弃了湍流燃烧速度模型，以数值生成的湍流场对火焰前锋面的客观影响推动燃烧计算过程。模型考虑了很多对火核生成及初期发展有影响的因素，如已燃区的传热、非绝热效应、曲率和伸展效应等等；通过利用模拟得到的３维湍流速度场，首次实现了对火核几何形状的３维模拟；模型的模拟结果和试验结果有很好的吻合性，这说明模型是合理的。本文还对容弹中湍流燃烧特性以及湍流强度和湍流标尺对燃烧的影响进行了详细讨论。

基于Fluent的定容燃烧弹内预混层流燃烧模拟

利用GAMBIT软件对定容燃烧弹腔体进行网格划分,对Quad-Map、Quad-Pave、Tri-Pave3种不同网格划分机理进行了比较研究。结果表明:基于Quad-Map机理模拟定容燃烧弹预混层流燃烧时,无法实现预混气体弹体中心点燃;基于Quad-Pave机理模拟时,由于网格本身的非对称性,而导致模拟结果的非对称,火核呈不规则几何形状分布;基于Tri-Pave机理模拟时,在实现预混气体弹体中心点燃的同时,模拟结果对称,火核呈圆球形状分布,与实验结果基本吻合。建立了氢气容弹内预混燃烧Fluent模型,其模拟结果与实验结果基本吻合。

在定容燃烧弹内生成不同频段湍流特性的方法研究

利用孔板平动法生成湍流 ,通过调节平板孔径的大小和驱动电机的转速来达到在定容燃烧弹内生成不同频段湍流特性的目的 .运用小波包分析法对容弹内气流速度进行了时 频分析 .结果表明 ,容弹内部存在极强的循环平均流 ,湍流主要处于 4 0 0～ 16 0 0Hz的频率段 ,它的能量衰减期一般不超过 6 0ms .同时 ,也得出了容弹内湍流的产生、发展与平板孔径和电机转速之间的关系 .

爆热测量仪高压燃烧弹的强度仿真分析与设计

基于有限元法,用ANSYS Workbench软件建立燃烧弹的结构静力学模型,通过加载火药燃气压力载荷,仿真分析燃烧弹结构强度,用非线性法对燃烧弹圆柱弹体强度进行验证;依据燃烧弹耐压安全冗余100 MPa的设计要求和仿真结果对结构进行改进,并重新校核强度。结果表明:第四强度理论对燃烧弹弹体强度仿真验证说明有限元仿真建模和参数选取的合理性,并提出高压燃烧弹结构优化方案,优化后结构强度满足设计要求,为进一步研究高压燃烧弹密封结构设计、点火单元及研制耐高压燃烧弹奠定基础。

湍流燃烧弹内部湍流稳定区域分析

论文采用数值模拟方法在不同风扇强度和初始环境压强下对湍流燃烧弹中心位置的湍流强度以及湍流稳定区域半径变化规律进行计算。运用Fluent软件并采用RNG K-e湍流模型进行研究。研究表明湍流燃烧弹中心监测点湍流强度随着风扇压差的增大而增大,随着初始环境压强的增大而减小。保持初始环境压强相同时,湍流稳定区域半径随着风扇强度增大而增大;在保持相同风扇强度下,湍流稳定区域半径随着初始压强增大而增大。并且最小湍流稳定区域半径即核心稳定半径大小在三个不同截面上差异不大。

应用隔板式定容燃烧弹的甲烷-空气混合气射流引燃研究

在定容燃烧弹内添加带孔横隔板实现甲烷-空气混合气的射流引燃,可以达到甲烷-空气混合气快速燃烧的目的。利用纹影法研究了在不同的初始条件下,隔板位置、隔板孔径及隔板孔数等不同横隔板参数,对射流引燃实现甲烷-空气混合气快速燃烧的影响。将有隔板与无隔板条件下,单孔隔板与多孔隔板条件下的实验数据进行对比,结果表明:使用横隔板后较无隔板情况可以提高甲烷-空气混合气的燃烧速率;在文中实验条件下的隔板式定容燃烧弹中,横隔板在中间位置时主燃烧室最易发生燃烧现象;甲烷-空气混合气的燃烧压力峰值随横隔板孔径和孔数的增加呈现先增加后减小的趋势,燃烧压力峰值出现时刻随横隔板孔径和孔数的增加而提前。

定容燃烧弹中预混湍流燃烧的数值模拟

发展了一种新型预混湍流燃烧的数值模型．该模型基于准维模型的基本思想，摒弃了湍流燃烧速度模型，以数值生成的湍流场对火焰前锋面的客观影响推动燃烧计算过程，消除了人为经验的作用．利用模拟得到的湍流速度场，实现了对火焰几何形状的二维模拟．利用该模型，计算和讨论了当量燃空比分别为０．９和０．７时，定容燃烧弹中预混湍流燃烧的特点，以及湍流强度和湍流标尺对燃烧的影响．模型的模拟结果和实验结果有很好的吻合性，这说明模型是合理的．

定容燃烧弹预混层流燃烧火焰图像处理方法的研究

该文介绍了定容燃烧弹实验系统的组成和原理,以及K值(标定比例)的确定方法。通过高速摄影机对定容燃烧弹内预混层流燃烧火焰进行实时拍摄,获得其火核形成与火球扩散的数据信息。对定容燃烧弹预混层流燃烧火焰图片利用计算机编程了图像处理程序。利用该程序对220张预混层流燃烧火焰图片进行了处理与分析,结果表明:图像检测正确率为95.2%,检测所需时间为3.5秒,使定容燃烧弹实验数据处理的速度和准确性都有了大幅提高,为定容燃烧弹实验研究提供了极大便利。

某型燃烧弹作用可靠率低的故障原因分析

采用故障树分析方法对某型燃烧弹故障问题进行了分析,建立了产品作用可靠率低的故障树,结合产品结构和试验故障现象进行故障树分析,指出引信体锥面角度过大和装药强度不足是故障产生的主要原因,通过采用减小引信体锥面角度、增加压药密度等措施,并经试验验证,对故障进行了有效归零;同时,提出了故障树分析方法在轻武器弹药故障分析领域应用的基本步骤和方法,对于故障树分析方法应用领域的拓展有一定借鉴作用。