燃烧轻气炮氢氧燃烧特性详细反应动力学模拟

应用氢氧燃烧19步详细化学反应机理,建立了某燃烧轻气炮氢氧燃烧单区模型,数值模拟了氢氧混合气体燃烧发射弹丸的过程。模拟结果与文献［1］实验结果基本吻合,较好地模拟了某燃烧轻气炮氢氧燃烧热力学过程。在此基础上,对多种工况参数下的氢氧混合气体燃烧进行了系统仿真计算,分别讨论了初始温度、初始压力、稀释气体成分与比例对燃烧轻气炮氢氧燃烧特性以及内弹道性能的影响,分析了氢氧燃烧过程中各化学组分的变化。研究结果表明,氢氧混合气体初始温度、初始压力和稀释气体成分与比例对燃烧轻气炮内弹道性能有着显著影响。     

燃烧轻气炮发射药成分对内弹道性能的影响分析

为分析不同发射药成分对燃烧轻气炮内弹道性能的影响,通过计算流体力学方法对燃烧轻气炮燃烧室的三维氢燃烧流场进行数值模拟,湍流模型采用RNGk-ε双方程模型,氢气燃烧采用EDM涡耗散模型模拟.结果表明,在发射药中加入适当含量的稀释气体能够有效地控制发射药的燃烧,减小燃烧室内压力振荡,降低燃烧室平均温度;采用氢气发射药比甲烷气体具有更好的内弹道性能;发射药成分对燃烧轻气炮内弹道性能有显著影响.     

燃烧轻气炮发射过程数值模拟与优化

针对常规火炮理论初速极限较低的问题,基于氢氧燃烧特性建立燃烧轻气炮的内弹道内模型。根据燃烧轻气炮原理得到影响燃烧轻气炮內弹道性能的参数,采用粒子群优化算法对发射装置结构和内弹道参数进行优化,使用Fluent耦合Chemkin的方法进一步验证了内弹道数值仿真优化结果。结果表明：优化后装置的初速略微下降,燃烧室的初始压力和最大膛压大幅度下降,研究结果在燃烧轻气炮初期研究阶段具有较高的参考价值。     

实验气体污染对超音速燃烧性能影响的数值模拟研究

为了评估燃烧加热器污染组分对超燃冲压发动机燃烧室燃烧性能的影响,采用CFD软件分别对纯净空气和污染空气来流条件下的燃烧室流场进行了数值模拟。对数值模拟方法进行了实验验证,数值模拟值与实验值吻合较好。数值模拟结果表明:实验气体中含H2O和CO2时,燃烧室壁面压力和燃烧效率降低;煤油燃烧加热器产生的污染组分对燃烧性能的影响小于氢氧燃烧加热器,采用煤油燃烧加热器的结果更接近纯净空气。     

某柴油机燃烧系统数值仿真及改进设计研究

以某高升功率柴油机燃烧系统为研究对象,首先采用AVL-Fire软件对燃烧过程进行了三维数值仿真,分别采用WAVE模型、Dukowicz模型以及旋涡破碎(EBU)模型描述雾化、蒸发以及燃烧过程。采用k-ε双方程湍流模型描述湍流流动,数值结果与实验值对比验证了所采用计算模型的合理性,然后对原型机燃烧过程中的三维流动、传热以及燃油分布状况展开分析,得到了原型机燃烧系统的不足之处,在此基础上,根据高升功率柴油机对燃烧过程的要求,对燃烧室结构进行改进设计,并进行相应的三维数值仿真。改型前后的燃烧系统数值结果对比表明,燃烧室形状对燃烧系统的性能影响很大,改型后的燃烧系统在燃烧组织方面得到显著改进,放热率与有效功率得到明显提高。     

燃烧轻气炮点火对内弹道性能影响的仿真分析

为探索燃烧轻气炮点火对内弹道性能的影响,应用商业软件对其进行仿真分析,通过施加能量模拟点火源,采用计算流体力学方法对燃烧轻气炮内弹道气体流场进行数值模拟分析。计算结果表明:燃烧轻气炮点火源布置对弹底压力波动影响很大,在一定范围内合理增加点火源数量、点火能量和放电时间都可以减小弹底压力波动,但对弹丸初速影响不大。     

二级轻气炮内弹道过程数学建模及数值仿真

根据二级轻气炮的发射特点,采用经典内弹道模型描述药室里火药燃烧状况和活塞运动,同时采用一维非定常可压缩流动模型描述轻气室里的气体流动状态和弹丸运动,并通过活塞的运动状态将两者耦合,从而建立起二级轻气炮发射过程的内弹道数学模型;以某30 mm／120 mm轻气炮为基本计算模型,运用四阶Runge-Kutta法求解药室方程,运用二阶MacCormack格式求解轻气室方程,通过两部分的交替计算,实现二级轻气炮内弹道过程的数值仿真,为二级轻气炮的参数设计和发射性能的提高提供了理论依据。     

燃烧室整体旋转对液体推进剂燃烧的影响

针对燃烧室本身旋转和使用单组元液体推进剂的特点，对此两相湍流反应流在质量、动量和能量传输基础上，建立了旋转燃烧室中单组元液体推进剂雾化燃烧过程计算的模型和边界条件。模型计算采用ＳＩＭＰＬＥ算法和ＰＳＩＣ算法。计算结果提供了不同转速下的气相速度场和燃料浓度场。实验结果与计算结果一致。计算结果不仅反映了旋转对燃烧的明显影响，还说明本文的研究能用于预示和分析类似问题。     

基于双分子反应模型的JP-10燃烧机理分析研究

为了进一步研究JP-10燃料在火箭发动机燃烧室中的燃烧机理,基于双分子反应模型,用逆流燃烧实验数据做支撑,对Arrhenius方程进行修正,并求取参数;在此基础上改进燃烧模型,对JP-10液料燃烧过程进行数值模拟,并与实验值进行比对。研究结果表明:对于JP-10燃料的燃烧机理,可以采用实验与数值计算相结合的方法对燃烧速率封闭模型进行升级,并通过已有实验数据验证了其对湍流燃烧模拟的可行性。     

燃烧轻气炮弹裙挤进变形及应力分析

针对燃烧轻气炮和弹丸的结构特点,分析了弹丸弹裙与坡膛之间的挤压变形过程;建立了弹丸弹裙和身管模型,根据模型进行了数值模拟,得出了弹裙应力-时间曲线、速度-时间曲线和位移-时间曲线,指出弹裙高度对弹丸初速的影响.研究结果可为弹丸弹裙优化设计提供依据.     

燃烧面积对烟火药水下燃烧特性的影响研究

从燃烧理论和流体动力学的角度出发,研究燃烧面积对烟火药水下燃烧特性的影响,基于所构建的气泡动力学模型,计算分析了不同燃烧面积时烟火药水下燃烧的特性。结果表明:在其他条件不变的情况下,随着燃烧面积的增加,燃烧室内气体达到稳定燃烧所需的压力增加,气泡的膨胀速度、气泡体积变化的加速度以及对应的声压级亦随之增加。     

航空发动机内燃烧过程的仿真分析

为了研究航空发动机燃烧室内的静电特性,通过建立燃烧室内的二维燃烧湍流模型方程组和火焰筒的几何模型,采用仿真的方法对航空发动机内的燃烧过程进行了分析.仿真结果表明,燃烧室内的荷电过程主要发生在掺混区,粒径为20nm和30nm的碳黑粒子浓度在109~1010/cm3范围内.     

整装式含能液体燃烧推进过程气液反应流场的数值模拟

为研究燃烧室形状对整装式含能液体燃烧推进过程稳定性的作用机理,基于流体动力学理论和组分输运方程,建立了二维轴对称气液两相流动与燃烧模型,模拟了圆柱型和阶梯渐扩型燃烧室中的化学反应流场。通过对燃气空腔扩展和燃面运动的追踪,研究了温度、速度、压力以及体积分数的分布特征,分析了燃烧室形状对流场演化过程的影响规律。结果表明,含能液体点火燃烧后,所形成的燃气空腔在液体中快速膨胀,当空腔穿透液体并向弹底方向发展时,沿燃烧室轴向的燃面迅速增长,气液间的切向速度差带来Kelvin-Helmholtz不稳定效应,而阶梯渐扩型燃烧室有助于诱导径向湍流,减缓燃气空腔的轴向扩展速度,抑制轴向Kelvin-Helmholtz不稳定效应,提高整装式含能液体燃烧推进过程的稳定性,计算结果与实验数据吻合较好。     

固体燃料冲压发动机的燃烧(Ⅰ)

介绍的固体燃料冲压发动机由产生反应气体的预燃室和产生最终燃烧气体的冲压燃烧室组成。在预燃室与冲压燃烧室之间没有壅塞流。因此,两个燃烧室之间没有压力差,燃烧室压力由从与冲压燃烧室相连的进气道引入的空气流决定。试验的固体燃料采用高氯酸铵(AP)氧化剂,端羧基聚丁二烯(CTPB)燃料。为了提高比冲(Isp),在固体燃料中加入了硼(B)粉。硼粉的加入使燃速得到了显著的提高,并且降低了维持自身燃烧的低压极限。这是由于硼粉在燃料燃烧表面的氧化反应释放热量引起的。根据在直连试验设备上所得的燃烧试验结果,评价了在各种空气流条件下固体燃料冲压发动机的燃烧特性。     

固体燃料冲压发动机燃烧室燃烧特性数值模拟

采用12组分、17个化学反应的模型和二阶矩湍流燃烧模型,通过计算药柱表面热传导率,得到了燃面退移速率,对固体燃料冲压发动机燃烧室内部的燃烧流动进行了数值模拟,分析了空气流量、空气总温和入口直径对燃烧室温度分布、C4H6分布和燃面退移速率的影响.分析表明,减小空气入口直径、增加空气流量和总温都会使燃面退移速率增加.     

非平衡等离子体对甲烷燃烧影响的研究

建立了CH4和空气的燃烧模型，计算并分析了在气体放电产生不同量的非平衡等离子体的情况下，电离产生的主要活性粒子（O和H）和活性基（OH）对燃烧温度及燃烧室出口流场的影响。计算结果表明等离子体助燃可以明显提高燃烧温度，改善燃烧室出口的温度场和速度场，并且能够提高燃烧效率，降低污染物排放。     

高速直喷柴油机燃烧系统参数对燃烧性能影响的权重分析

为深入探究高速柴油机燃烧系统参数对燃烧性能的作用机制,采用多维数值模拟方法,研究了高速直喷(HSDI)柴油机喷油系统参数与燃烧室结构参数对燃烧过程的影响规律,并结合缸内燃油蒸气空间分布和油气混合等特性对燃烧系统参数的影响规律进行了分析。为了定量描述油气混合特性,引入了湍流混合速率和混合气浓度方差的概念。另外,采用正交方法开展了喷油系统和燃烧室结构参数对指示功率影响的权重分析。结果表明：对于研究的燃烧系统,柴油机指示功率随燃烧室径深比的增加先增后减,径深比6.4时功率最大,且此时油气混合最均匀。针对不同径深比燃烧室,喷油系统参数对功率的影响权重不同。随着燃烧室径深比增大,喷油压力的影响权重减小。油束夹角的影响权重增大,喷孔数、孔径的影响权重减小。喷油定时的影响权重先减小后增大。     

高原环境对柴油机燃烧过程影响的仿真研究

为分析高原环境下柴油机性能下降的原因,应用CFD软件FIRE对不同海拔条件下柴油机燃烧过程进行了三维仿真研究。建立了描述缸内油气混合过程的中间参数,在此基础上定量分析了高原环境对柴油机缸内油气混合过程的影响。着重通过对燃烧放热规律的分析,研究了高原环境对柴油机燃烧过程的影响。结果表明：高原环境下燃烧室近壁面处易形成较浓混合气,燃油附壁较多,燃烧室中心区域空气利用率降低;燃烧后期,高原环境下柴油机缸内仍有大量浓混合气存在,且分布较集中,燃油质量分数均方差大;随着海拔的升高,燃烧中后期缸内高温区域中心逐渐向燃烧室侧壁移动,附壁燃烧严重,凹坑及余隙处易形成油气堆积,促使燃烧恶化;高原环境对柴油机预混燃烧的影响并不明显,但随着海拔的升高,扩散燃烧放热率逐渐降低,燃烧持续期大幅增加,导致严重的后燃。     

不同掺氢比对PRF燃料预混层流燃烧的影响

为了对掺氢汽油机缸内预混湍流燃烧过程进行更深入的研究,通过反应系数变异分析,优化了掺氢PRF燃料燃烧的化学反应动力学简化机理,采用CHEMKIN软件的Premixed模块,建立并验证了掺氢PRF燃料的预混层流燃烧模型,并在此基础上研究了掺氢对PRF燃料预混层流燃烧过程的影响.研究结果表明,掺氢促进了庚烷与异辛烷的脱氧反应及自由基H、OH的链锁反应,加快了相同初始压力温度以及化学当量比条件下PRF燃料的层流燃烧速度;此外,掺氢增加了NO的排放,但可以有效减小CO_2的排放.     

冲压加速器燃烧流场数值模拟

冲压加速器是利用预混可燃气体燃烧释放的化学能将弹丸加速的超高速发射装置。文中建立了冲压加速器有限速率化学反应数学模型，推导了多组分化学反应系统TVD格式的数值公式，数值模拟了冲压加速器内有限速率反应流场。在亚爆轰模式，预混可燃气体在弹后点燃，并在弹后 某一位置形成全管面燃烧。