交流放电等离子体助燃乙烯/空气的数值模拟

通过耦合零维等离子动力学求解器和燃烧动力学求解器,建立了交流放电等离子体助燃模型,研究了交流放电非平衡等离子体对C2H4/空气的助燃路径,并与自燃过程进行了对比.该模型使用电子能量分布函数计算电子碰撞反应速率,并得到贫燃条件下连续放电过程中温度、组分浓度、放热速率、关键组分的生成/消耗速率随时间的变化.研究表明,等离子...     

氧化性气氛中镁颗粒燃烧特性研究进展

归纳总结了镁颗粒在空气、O₂、CO、CO₂和H₂O(g)中的燃烧特性。不同燃烧产物对二次反应和燃烧速率有不同的影响。基于对镁颗粒燃烧现象和产物分析,镁颗粒经历了从表面多相反应到气相燃烧的过程,镁颗粒着火阶段表面氧化层是由表面多相氧化反应形成,燃烧阶段中表面氧化层是由气相燃烧产物凝结或烧结、氧化层表面吸附反应和Mg-O溶液的相位分离等形成; 根据镁颗粒在不同氧化性气氛中的燃烧特性,介绍、评述了镁颗粒在空气或O₂、CO₂和H₂O(g)中的燃烧模型。镁颗粒在各种氧化性气氛中燃烧研究需要对反应机理深入研究; 燃烧模型中需丰富燃烧过程的物理化学信息,如反应的机理、化学动力学特性和表面氧化层对燃烧过程中传热传质的影响等。      

大长宽比矩形微通道内的气泡生长与相变传热分析

研究了液体工质FC-72在大长宽比矩形截面微通道内流动沸腾过程中的单个气泡生长情况。选取的微通道水力直径为571、762和1 454μm,通道截面的长宽比分别为20、20和10。实验中运用透明加热技术,在对微通道表面加热的同时实现了通道透明可视化。观测获取了完整气泡生长周期内的三个生长阶段,探讨了气泡形状变化的主导因素。此外,气泡生长过程中几何形状的演变与通道截面长宽比密切相关。讨论了气泡当量半径、气泡长宽比等随热流密度、面积质量流量以及微通道尺寸和形状等的变化趋势。此外,还探讨了基于气泡体积增长得到的蒸发热流密度及其影响因素,对气泡生长过程中的热量传递进行了初步的分析。研究表明,蒸发热流密度随着气泡的生长逐渐升高,当气泡开始快速指数增长后蒸发热流密度高于微通道壁面的热流密度。另外,蒸发热流密度随着面积质量流量的增加而有所降低。     

超燃冲压发动机凹腔内补氧的强化点火试验

在超燃冲压发动机扩张型燃烧室中,对凹腔内局部补氧的点火强化方法进行了试验研究。采用高速摄影手段研究了不同的补氧方式对凹腔内火焰分布特征和燃烧强度的影响,并针对并联双凹腔燃烧室构型,研究了在单侧凹腔补氧条件下向异侧凹腔的火焰传播过程。试验结果表明,采用凹腔内补氧的方式能调节凹腔内的燃料浓度分布、改善凹腔内的燃烧过程,控制燃烧放热强度;稳态燃烧情况下,观察到凹腔驻留火焰的两种存在特征,分别表现为:由回流区热量反馈机制作用下的凹腔局部驻留火焰和燃烧室全局压力反馈影响下的凹腔剪切层火焰。只有在单侧凹腔燃烧建立了全局压力反馈的条件下才能实现凹腔火焰的异侧传播。      

基于包络线法的调节阀阀芯型面改进设计方法

针对一般阀座型面的调节阀,提出了一种基于包络线的阀芯型面改进设计方法。采用该设计方法对具有圆弧和抛物型阀座型面的2个阀芯型面进行了设计,并利用数值方法对设计结果进行了检验。结果表明,该设计方法切实可行,精度高,对阀芯设计有一定的参考价值。     

受限空间内超声速混合层生长特性

为获得受限空间内激波作用下的超声速混合层生长规律,以支板喷射超燃冲压发动机典型流道为研究对象,开展了2.3Ma氢气射流与2.0Ma空气来流所形成的超声速混合层的生长特性研究.基于OpenFOAM计算平台,采用大涡模拟方法,数值研究了超声速混合层的流场结构和特征,流场结构和组分分布与实验结果吻合较好.通过超声速混合层组分浓度、厚度、可压缩效应及总压损失的分析,获得了超声速混合层的生长特性.研究结果表明:受限空间内超声速混合层的生长过程具有4个典型阶段,支板末端的膨胀波/激波结构会显著减低对流马赫数,从而降低混合层的可压缩性,促进混合层的生长;激波与混合层的相互作用能够增强局部湍流强度,获得涡量增益,加快混合层的生长速率,促进混合效率,但同时会引起较大的总压损失,降低发动机性能.发动机设计时要综合考虑波系结构与混合层相互作用带来的混合增强和总压损失,实现性能优化.     

新型高超声速飞行器气动构型设计

为设计一种新型高超声速滑翔飞行器,采用数值模拟方法对HIFiRE Flight 1所选用的试验飞行器进行改型设计,使其具有良好的气动性能。结果表明:飞行器上表面形状和翼型对其气动性能影响显著,升阻比随上表面迎风面积的减小而升高;当机体不带机翼时,升阻比随马赫数的增加而升高;具有乘波特性的机翼能够给机体提供较高的升阻比;在研究范围内(Ma=4～10),随着马赫数的增加,Model 3的升阻比先增大后减小,当马赫数为8时,升阻比最大。     

超燃冲压发动机凹腔内补氧的强化点火试验

在超燃冲压发动机扩张型燃烧室中,对凹腔内局部补氧的点火强化方法进行了试验研究。采用高速摄影手段研究了不同的补氧方式对凹腔内火焰分布特征和燃烧强度的影响,并针对并联双凹腔燃烧室构型,研究了在单侧凹腔补氧条件下向异侧凹腔的火焰传播过程。试验结果表明,采用凹腔内补氧的方式能调节凹腔内的燃料浓度分布、改善凹腔内的燃烧过程,控制燃烧放热强度;稳态燃烧情况下,观察到凹腔驻留火焰的两种存在特征,分别表现为:由回流区热量反馈机制作用下的凹腔局部驻留火焰和燃烧室全局压力反馈影响下的凹腔剪切层火焰。只有在单侧凹腔燃烧建立了全局压力反馈的条件下才能实现凹腔火焰的异侧传播。      

超燃冲压发动机凹腔内补氧的强化点火试验

在超燃冲压发动机扩张型燃烧室中,对凹腔内局部补氧的点火强化方法进行了试验研究。采用高速摄影手段研究了不同的补氧方式对凹腔内火焰分布特征和燃烧强度的影响,并针对并联双凹腔燃烧室构型,研究了在单侧凹腔补氧条件下向异侧凹腔的火焰传播过程。试验结果表明,采用凹腔内补氧的方式能调节凹腔内的燃料浓度分布、改善凹腔内的燃烧过程,控制燃烧放热强度;稳态燃烧情况下,观察到凹腔驻留火焰的两种存在特征,分别表现为:由回流区热量反馈机制作用下的凹腔局部驻留火焰和燃烧室全局压力反馈影响下的凹腔剪切层火焰。只有在单侧凹腔燃烧建立了全局压力反馈的条件下才能实现凹腔火焰的异侧传播。      

压力不匹配混合层中激波与流场结构的实验研究

为了研究压力不匹配混合层的流动结构以及激波与湍流边界层的相互作用,采用基于纳米粒子的平面激光散射技术(NPLS)和伪彩色处理方法获得了流场中Kelvin-Helmholtz涡、激波、湍流边界层以及边界层分离泡等流动精细结构.研究结果表明:压力不匹配导致混合层的转捩位置提前,大尺度涡的结构更加破碎,混合层向压力低的一侧发展.激波的作用使得边界层在激波入射点之后增厚,湍流脉动的加剧导致了激波入射点发生前后的偏移.