扇形脉冲爆震燃烧室起爆过程数值模拟

为了探究不同障碍物结构对扇形脉冲爆震燃烧室起爆过程的影响,对采用3种典型孔板障碍物的扇形脉冲爆震燃烧室,截取其中间截面进行了起爆过程的数值模拟,研究了障碍物型式、障碍物堵塞比及障碍物间距对扇形脉冲爆震燃烧室爆燃转爆震(DDT)距离的影响规律。结果表明:障碍物堵塞比对扇形脉冲爆震燃烧室DDT距离的影响最大,且在堵塞比为0.35~0.70时,堵塞比越高DDT距离越短;在3种型式的障碍物中,在低堵塞比下,截面为前掠三角形的障碍物缩短DDT距离的效果最好,在高堵塞比下,截面为后掠三角形的障碍物缩短DDT距离的效果最好;在3种障碍物间距中,当间距分别等于1倍和1.2倍的爆震室当量直径时,扇形脉冲爆震燃烧室的DDT距离相差不大,且均短于障碍物间距等于0.8倍爆震室当量直径时的DDT距离。

液态煤油旋转爆震燃烧室雾化掺混特性

本文针对一款气态煤油预混工况下可成功起爆的爆震燃烧室,设计了一种新型的燃油喷注雾化掺混结构,包括双侧喷孔喷注及内侧溅油环喷注模式.对气态预混的热态爆震特性及燃油掺混雾化特性开展了数值模拟.结果表明,内侧溅油环喷注模式有着较好的雾化效果,而双侧喷注模式则具有较好的穿透掺混效果.确定了组合喷注方式作为燃油的喷注方式,此方案下燃油蒸发率为65%左右,燃油掺混均匀度为0.77左右.随后进行了热态验证,此喷注方案下可以实现旋转爆震波的稳定传播.

非均匀当量比对旋转爆震燃烧室性能影响的三维数值模拟研究

为研究入口当量比的不均匀分布对旋转爆震燃烧室性能的影响,建立了当量比在入口环缝的径向或周向的函数模型,将模型公式代入组分质量分数与当量比的关系式,得到组分质量分数在径向或周向的分布函数。通过Fluent软件中的自定义函数工具,构造入口边界组分的分布函数,利用三维瞬态欧拉方程模拟了C_(10)H_(22)/air旋转爆震燃烧室中爆震波的传播过程及流场特性,对比了不同当量比分布下爆震波及旋转爆震燃烧室性能参数的变化特征。结果表明:入口当量比的不均匀分布会影响爆震波的传播特性;当量比为0.4~1.6且沿径向非均匀分布时,随着入口面中线位置当量比的增大,爆震波的高度减小;当量比为0.4~1.6且沿周向非均匀分布时,随着变化周期数的增加,爆震波的高度几乎不受影响;当量比的不均匀分布会削弱旋转爆震燃烧室的增压效果和温升效果,沿径向不均匀分布的情况相较于沿周向不均匀分布的情况,影响更明显;旋转爆震燃烧室内,爆震波的诱导和反应区并非严格位于前导激波的正后方,而是位于前导激波的斜后方,且在曲率的影响下,在靠近燃烧室外壁面的区域,前导激波沿中径圆柱面的圆周线传播。

环形燃烧室中圆台斜爆震燃烧特性研究

面向宽域爆震组合动力发展需求,首次提出适用于轴对称环形流道的圆台诱导斜爆震燃烧组织形式,通过数值模拟验证较低马赫数飞行工况下圆台诱导驻定斜爆震燃烧的可行性以及与斜劈、圆锥斜爆震燃烧的差异,从几何与来流参数两方面研究了圆台诱导斜爆震波的起爆与驻定特性。结果表明:在Ma7飞行工况,相比于圆锥和斜劈,环形燃烧室中圆台可以同时实现斜爆震波的加速起爆与稳定驻定。圆台上游的压缩作用以及下游的膨胀作用,使得圆台斜爆震波存在脱体而不前传的特殊起爆区结构。圆台内径、圆台角度、来流压缩程度以及当量比增大均有利于圆台诱导斜爆震波的起爆。同时,起爆区结构也会出现从渐变到突变再到稳定脱体的变化规律,相应的起爆距离逐渐缩短,爆震波角度逐渐增大。

前直段长度对回流脉冲爆震燃烧室起爆特性影响研究

针对脉冲爆震涡轮发动机(PDTE)回流脉冲爆震燃烧室的起爆特性建立了数值仿真模型并进行了实验验证,使用校验过的模型对比分析了不同回流脉冲爆震燃烧室前直段长度对爆震波生成的影响规律。结果表明,本文建立的仿真模型和方法能够正确预测试验条件下回流脉冲爆震燃烧室内的爆震燃烧传播过程,数值模拟结果与试验基本相符。仿真结果显示,当前直段长度小于4倍管径时,弯管内高温区与高压区发生分离,燃烧波未转变成爆震波。当前直段大于6倍管径时,随着前直段的加长,爆震波生成位置距离弯段出口越近,但总的起爆距离加长。在设计回流脉冲爆震燃烧室时,可通过增加前直段长度来缩短压气机和涡轮间的轴向距离,但会增加爆震室总长度。

脉冲爆震燃烧室与涡轮组合的性能试验研究

采用脉冲爆震燃烧室（PDC）与涡轮增压器组合,汽油和空气作为燃料和氧化剂,进行了PDC与涡轮组合的原理性模型试验装置的试验,研究了作为涡轮负载的压气机的性能随点火频率变化的趋势。试验结果表明：脉冲爆震燃烧室在1~10 Hz点火频率范围内稳定工作,在PDC内得到了充分发展的爆震波;当点火频率为10 Hz时,涡轮带动压气机产生的压气机压比为1.216,压气机功率和压缩等熵功率为2.756 kW和1.663 kW,压气机效率为0.603,与涡轮增压器厂家数据基本吻合;当点火频率增大时,压气机压比、压气机加给每千克空气的功、压气机功率和压缩等熵功率以及压气机效率增大,涡轮做功增大。

煤油两相连续旋转爆震燃烧室工作特性试验研究

为了深入分析煤油燃料两相连续旋转爆震燃烧室的工作特性,采用富氧空气或氧气为氧化剂,通过试验得到爆震波的时域、频域特征,对两相连续旋转爆震燃烧室中爆震波的起爆过程和稳定后的传播过程进行研究。利用基于激光散射相位多普勒分析(PDA)技术对雾化流场进行了测量,得到喷注器出口不同平面处煤油液滴速度与直径的统计分布。试验结果表明当煤油流量为78g/s,氧气流量为224.0g/s,空气流量为72.5g/s,当量比为1.083时,燃烧室在单波模态下工作,爆震波传播频率为0.904k Hz,平均转速为649m/s。使用氧气作为氧化剂,当煤油流量为81.8g/s,氧气流量为231.8g/s,当量比为1.222时,燃烧室在双波模态下工作,爆震波传播频率为5.882k Hz,平均转速为1848m/s,传播过程中表现出很强的非定常性。在当量比为0.805~0.908的富氧工况下,随着氧化剂中含氧量的增加,爆震波的速度逐步增大,最终达到2440m/s;在当量比为1.057~1.220的富燃工况下,随含氧量的增加爆震波速度呈现线性增长的特征。

基于爆震燃烧的燃气轮机理想热力循环分析

鉴于爆震燃烧具有自增压、传播速度快等优点,提出了将燃气轮机中等压燃烧替换为爆震燃烧的理念,并建立了基于爆震燃烧的燃气轮机理想热力循环模型,对比研究了DCGT(detonation cycle of gas turbine)、Brayton和Humphrey 3种循环燃气轮机的综合性能。在压气机压比、吸热量和透平背压相同的条件下,数据分析结果表明DCGT循环燃气轮机较其他2种循环更具优势,在压比为16时其循环热效率较Brayton循环提高15.4%,燃料消耗率降低13.5%;DCGT循环燃气轮机在压比为6.6时的总体性能与压比为16时的Brayton循环相当。

内燃机爆震燃烧探测及其临界爆震判析

利用光纤传感器对内燃机缸内燃烧及其爆震进行探测 ,探索光纤传感技术在燃烧测量中应用的可行性。介绍光纤传感器在测量燃烧过程的燃烧时刻、临界爆震和爆震燃烧等燃烧特征方面的应用。

爆震燃烧波在管内传播过程的二维数值模拟

采用三阶TVD迎风格式和Strang-sp litting算子分裂法,对氢氧混合物爆震燃烧进行了二维数值计算;获得了爆震燃烧流场的清晰、独特和规则的三波结构;分析了三波结构的构成和成因以及爆震燃烧直接起爆后由强爆震燃烧波衰减为稳定自持的爆震燃烧波的过程。

柴油-天然气发动机的爆震燃烧特性的研究

本文对柴油 天然气发动机的爆震燃烧特性进行了深入研究。通过对纯柴油发动机和双燃料发动机的示功图和放热率的对比,将双燃料发动机的爆震燃烧分为三种形式,并分析了双燃料发动机爆震燃烧的主要影响因素。

烃类爆震燃烧机理和抗爆剂作用机理的探讨

综合分析了爆震燃烧和抗爆剂作用机理研究的历史和现状 ,归纳总结出抗爆剂应该具备的性质 ,提出了爆震燃烧的新活性核机理和抗爆基团作用的加和性规则 ,为合成新型抗爆剂提供了理论基础 ,提出了抗爆剂的研究方向。

回流型脉冲爆震燃烧室工作特性分析

为了获得回流型脉冲爆震燃烧室在不同工作频率下的工作特性,通过试验和数值相结合的方法对该爆震室工作频率10~30Hz时的出口燃气总压、总温、流量变化规律以及该爆震室的增压能力进行了测试与计算分析。结果表明:出口燃气总压、总温具有极高的峰值和较高的平台区,其工作频率10~30Hz时,压力平台值为0.36~0.91MPa,时均温度为710~1270K。此外,该爆震室排气流量十分集中,以10Hz为例,在一个爆震循环的16%时间内,排出了整个循环60.5%的燃气。为此对出口燃气总压进行质量加权平均,发现该爆震室的增压比随工作频率的增加而降低,在2.05~2.37。

旋转爆震发动机液态燃料预爆器设计及爆震燃烧特性研究

为了解决液态燃料旋转爆震发动机点火起爆困难和结构紧凑等问题,进行了以液态航空煤油为燃料的预爆器设计,包括离心/预膜复合燃油雾化喷嘴、点火/传焰凹腔、三枝管预爆室等结构。以液态航空煤油/氧气为工作介质,进行了离心/预膜复合燃油雾化喷嘴雾化特性和预爆器爆震燃烧特性试验研究,获得了离心/预膜复合燃油雾化喷嘴雾化粒径变化规律,以及预爆器内爆震波压力、传播速度等变化规律。研究表明:离心/预膜复合燃油雾化喷嘴的雾化效果随气流流量和油压增加而改善,预爆器接近出口位置(PCB5处)爆震波峰值压力可超过3.80MPa,爆震波传播速度可达1800m/s;随着当量比增加,预爆器内过驱爆震位置提前,有利于缩短预爆器的长度。

基于简化机理的四冲程点燃式活塞发动机爆震燃烧数值模型

爆震问题是限制发动机性能发挥的关键问题之一,因此针对性地构建四冲程点燃式活塞发动机爆震燃烧模型,探究爆震燃烧的机理具有十分重要的意义。基于四川大学提出的73.0%(质量分数)正十二烷,14.7%1,3,5-三甲基环己烷和12.3%正丙基苯组成的RP-3航空煤油的三组分替代模型,采用先简化后合并的思路,应用直接关系图法(DRG)、基于误差传递的直接关系图法(DRGEP)、奇异摄动法(CSP)等简化方法构建了包含127种物质、360步反应的RP-3航空煤油简化机理,通过与详细机理的滞燃期预测结果对比,发现初始温度在900~1200K时,简化机理与详细机理的滞燃期预测结果误差在30%以内,验证了简化机理的有效性。在此基础上基于CONVERGE平台,采用G方程耦合化学反应动力学机理的方法构建了基于简化机理的四冲程点燃式活塞发动机的爆震燃烧数值计算模型并校核,最后基于模型模拟了发动机的爆震燃烧过程。结果表明:采用RP-3航空煤油简化机理耦合三维数值计算构建的爆震燃烧数值计算模型能够有效地模拟四冲程点燃式活塞发动机爆震燃烧过程末端混合气自燃现象,体现爆震燃烧过程中缸内平均参数的变化特征,描述缸内压力、温度及中间物质空间分布的演化情况。

旋转爆震燃烧室与涡轮导向器组合实验研究

旋转爆震涡轮发动机正获得广泛的关注,但旋转爆震燃烧室出口存在着高频的压力波动,压力波动会降低涡轮的工作效率并减小涡轮的工作寿命.基于旋转爆震波的传播特点,开展了旋转爆震燃烧室与涡轮导向器组合结构的实验研究.燃料为H_2,由位于燃烧室前端的120个小孔喷入燃烧室;氧化剂为空气,由径向环缝喷入燃烧室.在燃烧室内起爆旋转爆震波后,爆震产物直接流入导向器内.研究结果表明,随当量比的增加,燃烧室内爆震波的传播速度呈先增大后减小的趋势.在导向器出口仍存在与燃烧室内旋转爆震波同主频的振荡压力,但相对于导向器前的振荡压力,出口压力振幅减小了约64%.旋转爆震波传播速度的相对偏差先减小后增大,并且爆震波传播越稳定,其速度损失越小.

火花点火发动机爆震燃烧测量方法的初步研究

在一台发动机上利用光纤传感器、压力传感器、振动传感器等对火花点火发动机爆震燃烧进行探测研究，并对测试结果进行比较，同时探索了光纤传感技术在爆震测量中应用的可行性。研究结果表明，光纤传感器与压力传感器在爆震预测与识别上基本等效，但光纤传感器灵敏度与准确度较高，而且光纤传感器还有利于实现其它多项燃烧特性的测试，光纤传感器将成为电控技术中燃烧过程测控信号的重要手段。

U型脉冲爆震燃烧室的点火起爆工作特性试验研究

为缩短脉冲爆震燃烧室轴向长度,开展了气液两相U型脉冲爆震燃烧室(U-PDC)点火起爆特性试验研究。试验时采用火花塞点火和热射流点火,且点火能量可调。研究结果表明,两种点火方式均可实现U-PDC工作频率10~30Hz稳定工作,且爆燃向爆震转变DDT的时间随工作频率提高而缩短,为5~11ms。此外,实现U-PDC稳定工作时,热射流所需的点火能量为0.05J,较火花塞点火能量1J更低,并且热射流点火DDT距离更短,约718mm,起爆位置距来流入口的轴向距离约280mm,缩短了起爆所需的轴向长度,有利于工程应用。进一步提高热射流点火能量,其DDT距离无明显变化。

汽油机爆震燃烧的原因分析及预防

分析汽油机爆震燃烧现象,介绍根据发动机压缩比选用相应辛烷值的汽油、安装爆震限制器以保持发动机的正常工作温度、适当推迟点火提前角和加浓混合气、调整点火系使火花塞产生较强火花、及时清除积碳等预防措施。