粉末燃料冲压发动机内镁颗粒群着火模型

对粉末燃料冲压发动机中镁颗粒群的着火过程进行了研究,建立了镁颗粒群的非稳态着火模型,数值模拟了镁颗粒群的着火过程。研究表明,颗粒相温度先缓慢升高,表面反应加剧之后,温度才急剧上升,很短时间内着火成功;而着火过程中气相温度整体升高不大,其温度总是低于颗粒相温度且升温很慢,特别是着火阶段后期,气相的升温速率远小于颗粒相的升温速率,分析了各种参数变化对颗粒群着火的影响。随颗粒浓度的增加,颗粒群的着火时间缩短;但当颗粒浓度太大时,颗粒群将不能着火成功。气相中氧气浓度对着火的影响很小,特别是颗粒浓度大的情况,氧气浓度对着火几乎没有影响。辐射源温度和气相初始温度对颗粒群着火的影响很大,两者的温度高,则颗粒群着火时间将大大缩短,但当颗粒浓度很高时,气相初温变化对颗粒群着火时间的影响将不再显著。颗粒粒径对颗粒群着火的影响较复杂,颗粒浓度大时,小颗粒颗粒群易于着火,而颗粒浓度小时,大颗粒颗粒群着火时间更短。

镁颗粒群着火和燃烧过程数值模拟

建立了一维非稳态球形镁颗粒群的着火燃烧模型,数值模拟镁颗粒群的着火和燃烧过程,研究表明,颗粒群着火首先发生在颗粒群边界,随后初始的燃烧火焰会分离为两个,一个向颗粒群内部传播,一个向外部传播,最终内部火焰消失,外部火焰维持并控制着整个颗粒群的燃烧;内火焰向颗粒群内部传播过程中,传播速度会逐渐加快,且火焰温度值呈逐渐降低趋势.分析了颗粒群内部参数和环境参数对镁颗粒群着火燃烧的影响.随颗粒浓度的增大,颗粒群着火时间略有增长,但火焰传播速度更快,燃烧稳定时火焰球尺寸也更大.颗粒群初温越高,则颗粒群着火时间越短,火焰传播速度也会加快,但燃烧稳定时火焰球尺寸基本不变.环境温度对颗粒群着火燃烧的影响较复杂,环境温度越高,颗粒群着火时间越短,但火焰传播速度却越慢,燃烧稳定时火焰球尺寸变化很小.颗粒粒径和辐射源温度对颗粒群着火燃烧的影响较显著,颗粒粒径越小或辐射源温度越高,则颗粒群着火时间越短,火焰传播速度越快,燃烧稳定时火焰球尺寸也越大.数值模拟结果与文献中试验结果相一致.

镁颗粒群非稳态着火过程数值模拟

建立了镁颗粒群着火的一维非稳态有限影响体模型,数值模拟颗粒群中镁颗粒的着火过程.研究表明,当镁颗粒表面反应加剧之后,颗粒相温度急剧上升,迅速达到着火,而其周围气相的温升速率却远小于颗粒的温升速率;在着火过程中气相温度只在颗粒表面附近升高比较明显,整体温度升高不大.分析了颗粒群内部参数和环境参数对镁颗粒群着火的影响.随颗粒浓度的增加,颗粒群变得易于着火,其着火时间变短,但颗粒浓度增大到一定程度后,继续增大该值将对颗粒群的着火起消极作用.环境压力对颗粒群着火的影响比较小,在1—5 atm范围内颗粒群的着火性能基本不变.气相中氧气浓度对颗粒群的着火性能影响也不显著,但当氧气浓度过小时,对着火过程的影响将大大增强.颗粒粒径、气相/颗粒相初温、辐射源温度对颗粒群着火的影响巨大,小粒径、高温度促使颗粒群快速着火.数值模拟与文献中试验结果的变化趋势相一致.