N2O-C2H4预混气体火焰的传播特性

运用标准k-ε模型,对N 2O-C 2H 4预混气体在水平半封闭管道内火焰传播过程进行了数值模拟,得到了火焰锋面结构、传播速度、出口压力和燃烧区的气流速度随时间的变化规律。研究结果表明,管道内预混火焰传播过程分为3个阶段:点火初期的平面火焰传播阶段、Tulip火焰传播阶段和指形火焰传播阶段;火焰传播速度呈指数增长,管道出口处压力和气流速度均呈现出先增大后减小的趋势。同时,采用高速摄影系统、压力传感器、有机玻璃管等装置对预混气体的火焰加速进程和压力演变过程进行了验证,实验结果与数值模拟结果一致。

C2H4/N2O预混气体的爆轰性能与火焰淬熄特性

采用自制的燃爆实验装置对C2H4/N2O预混气体的爆轰性能与火焰淬熄特性进行了实验研究。结果表明:在大直径有机玻璃管中预混气体均经历了爆燃转爆轰过程,点火初期火焰速度及加速度在内径为5、10和15 mm的管道中依次减小;预混气体中加入CO2(2.4%,质量分数)后,火焰加速进程明显延缓,点火初期处于稳定燃烧阶段;预混气体的稳定爆速为2 207 m/s,爆压为3.92MPa,与理论值一致;常压下预混火焰在小直径不锈钢管中的临界淬熄管径为0.5~0.7 mm,预混气体火焰传播速度越大,管径越大,淬熄越困难。依据淬熄管径、湍流火焰速度和淬熄管道长度的关系,可计算防回火管道的有效长度,从而为防回火装置设计提供参考。

N_2O/C_2H_4/CO_2预混气体火焰传播及爆炸特性的试验研究

为了研究N_2O/C_2H_4/CO_2预混气体的火焰传播及爆炸特性,采用内含螺旋加速环,长200cm、内径1.5cm的有机玻璃管装置,用电阻丝点火的方式进行预混气体的燃烧爆炸试验;利用压力传感器测量爆炸压力和爆轰速度,并利用高速摄影仪测量燃烧时的火焰速度;采用C-J理论计算了预混气体的理论爆速和理论爆压。结果表明,预混气体在燃烧管内快速燃烧,火焰呈对称的Tulip结构,最大火焰速度为2 235.2m/s;除距离点火10cm处外,其余7个传感器压力陡然上升,均出现冲击波,其中100cm处的压力峰值最大为4.66MPa,冲击波的最大速度为2 247m/s;C-J理论爆速为2 366.75m/s,理论爆压为4.26MPa,最大火焰速度和最大冲击波速度与C-J理论爆轰速度的偏差分别为5.54%和5.06%,试验结果与理论值基本一致。

基于传热反问题方法的N2O/C2H4预混推进剂燃烧室热流测量研究

测量液体火箭发动机的热载荷是获取燃烧室内部信息的重要方法。为了获取N2O/C2H4预混推进剂燃烧室内壁的热载荷,建立了液体火箭发动机的热流计算的反问题方法,该方法基于对燃烧室壁面温度场的直接求解,通过对轴向多个位置测量温度的反演计算得到燃烧室内壁热流和温度。研究表明:应用文中建立的传热反问题方法能够较为准确地获得热流随时间及空间的分布;热电偶的位置对计算准确性有明显的影响,与理论深度偏差在0.2mm以内的随机深度偏差可导致超过4%热流反演误差;N2O/C2H4预混推进剂燃烧室热流及温度沿轴向逐渐降低,表明燃烧室内的反应释热过程主要在燃烧室头部附近发生。

N_2O对乙烯自点火敏化作用的实验和理论研究

为了探究肼类自燃型火箭推进剂热解和氧化组分中不饱和烷烃与氮氧化物间是否存在直接交互作用,对C_2H_4和N_2O混合气的自着火过程进行了实验和理论研究。利用激波管反射激波方法,测量了化学计量比C_2H_4/O_2/N_2O/Ar混合气(N_2O与(O_2+N_2O)的摩尔分数比为0%、50%、80%和100%)在温度为1 214～1 817K、压力为0.12～1.01 MPa下的点火延迟期。实验结果表明,与纯O_2作为氧化剂比较,N_2O替换部分O_2显著降低了C_2H_4的反应活性,延长其点火延迟期,随着N_2O浓度的增加,抑制影响效果变化显著,在N_2O/O_2的摩尔分数比超过50%情况下尤为突出,单O原子N_2O在氧化不饱和烷烃时并未表现出优势。数值模拟结果表明,只有Aramco-Z可在整个研究工况下合理地预测当前实验结果。N_2O和C_2H_4之间并未发生直接化学交互作用,N_2O的添加对C_2H_3与O_2反应速率及活性自由基池浓度的抑制作用是其氧化能力弱于O_2的主要动力学机制。