层流非预混燃烧的火焰面模型理论及数值研究

火焰面方法是求解非预混燃烧最有效的手段之一,但常规火焰面方程包含组分扩散系数相等及刘易斯数恒等于1的基本假设,所生成的火焰面库不适于层流非预混燃烧流场计算。针对单步全局化学反应及原子守恒两种混合分数定义存在的不足,采用守恒传输方程对混合分数重新进行了定义。然后根据物理平面层流对撞射流火焰控制方程及新混合分数定义,详细推导得出了考虑组分扩散系数及刘易斯数影响的相容火焰面方程。最后修正了TWOPNT软件包计算相容火焰面方程时影响计算稳定性及计算效率的三点不足,并通过仿真计算证实了相容火焰面方程的合理性,比较分析了火焰面方程的标量耗散率模型对火焰面库的影响。结果表明:相容火焰面方程与物理平面控制方程在新混合分数定义下生成的火焰面库比较吻合,而常规火焰面方程在火焰峰附近的温度分布,以及与单位刘易斯数差别较大的组分分布存在较大误差;当氧化剂密度与燃气密度比值及当量耗散率较小时,考虑密度变化的标量耗散率模型几乎不会对仿真结果产生影响。     

点燃式天然气发动机燃烧过程的试验研究

在点燃式单缸四冲程试验用发动机上, 用高速摄影的方法观察研究了燃烧天然气燃料时不同工况下的火焰传播过程． 结合示功图的分析,研究了不同混合气浓度下缸内气流运动对天然气燃烧过程、发动机性能和ＮＯＸ 排放特性的影响．分析了不同燃烧条件下天然气燃料发动机循环变动的情况．     

靶场试验条件对大口径枪弹燃烧率的影响

根据多年来大口径枪弹靶场燃烧试验数据,分析了靶场试验条件对燃烧率的影响.着重从油箱与钢板的距离、汽油的质量、钢板的温度、油平面与油箱口的距离、灭火方法、气温和季度等7个方面对燃烧率的影响进行了分析.通过分析,提出了严格控制靶场试验条件和试验方法,从而确保燃烧试验结果的科学性和准确性.     

点火提前角对天然气转子发动机燃烧过程的影响

以火花点燃式转子发动机为研究对象,建立了相应的湍流和燃烧模型,实现了发动机工作过程的动态模拟。在此基础上,计算得到了转子发动机缸内流场、温度场的演变及火焰传播过程,并计算分析出了不同点火提前角对缸内燃烧过程的影响。计算结果表明：燃烧室内部涡流对火焰传播起着积极的加速作用,点火时火花塞位于涡流区到单向流的过渡区域最好。随着转子运动,涡流会因燃烧室容积减小而受到挤压并消失,在涡流消失时刻一定的情况下,为了充分利用涡流的作用时间,应该适当地增大点火提前角。在计算工况下,当点火提前角为47°时,发动机的燃烧效率和气缸内压力峰值均最高,并且NO_x的排放较少。此研究为其他不同工况下,转子发动机的最佳点火提前角的确定提供了理论参考依据。     

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。     

火箭级间分离与姿控耦合影响研究

为分析分离与姿控耦合设计时的相互影响,提出了基于上面级喷管最大摆动角速度,以及基于上面级实时控制的分离与姿控耦合计算方法,建立了级间分离与姿控耦合计算模型.某型火箭级间分离计算结果表明,采用基于上面级实时控制的耦合计算方法,能够真实地反应上面级姿态控制力作用下的级间分离过程,可为箭上设备安装边界设计提供准确依据.     

脉冲点火射流与高氯酸铵/端羟基聚丁二烯固体推进剂耦合燃烧的试验研究及数值模拟

为了研究高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)在底部排气药柱二次点火过程中的耦合振荡燃烧,建立了AP/HTPB二维三明治燃烧模型,气相区采用二步总包反应,使用用户自定义函数模拟点火射流的作用。在AP/HTPB与点火具的耦合燃烧试验背景下,进行了点火射流频率在125~500 Hz、热流密度峰值在1.9~3.9 MW/m²工况下的数值模拟。模拟结果表明：在振荡燃烧初始阶段,气相热反馈相对于点火射流作用较弱,由于点火射流的主导作用使得X组分（NH₄ClO₄）呈现周期性变化;由于气相温度上升,气相热反馈相对于点火射流作用较强,AP/HTPB燃烧逐渐稳定;点火射流热流密度的提高对AP/HTPB振荡燃烧有显著抑制作用,点火射流频率的提高对AP/HTPB振荡燃烧抑制作用较弱。     

高速侵彻体与水下爆炸波对舰舷结构耦合作用的数值模拟研究

文中以典型的舰舷结构为对象,利用非线性有限元程序LS-DYNA中的ALE算法对高速侵彻体(EFP)与水下爆炸波耦合作用舰舷结构的四种不同工况进行了数值模拟与分析.结果表明,高速侵彻体作用后舰舷结构的破坏形式比较复杂;爆炸波作用下舰舷结构的总体加速度与舷侧板后的骨架有很大关系;爆炸波作用后舰舷结构的骨架有较大的塑性变形;骨架的存在提高了舰舷结构的局部刚度,从而抑制了局部位移.     

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。     

天然气发动机技术发展研究

本文介绍了天然气的车辆技术发展和应用前景 ,分述了各种不同类型的天然气发动机的特点 ,并对提高天然气发动机的动力性能、排放性能的技术给予了详细的论述 .同时对液化天然气 ( L NG)发动机的开发和应用技术进行了探讨     

高温燃气射流对固冲发动机二次燃烧效率影响研究

为进一步提高固冲发动机的二次燃烧效率,文中提出了在固冲发动机补燃室头部引入高温燃气射流增强掺混燃烧的技术思路,并开展了仿真和验证试验工作。仿真分析表明：当在补燃室头部引入高温燃气射流时,能够提高补燃室头部流场的温度,使得燃料更易于燃烧,从而提高了固冲发动机的二次燃烧效率;试验结果也验证了在固冲发动机头部引入高温燃气射流,能够使固冲发动机的二次燃烧效率由81.3％提高到88.7％。     

自然温度环境贮存固体推进剂的老化等效温度研究

采用传统方法评估自然环境贮存固体推进剂的老化,需要详细、长期的环境温度数据,应用受到很大的局限,为了解决这个问题,根据自然温度季节、昼夜变化规律,以及气温的地域分布的特点,基于月均气温数据得到温度季节、昼夜变化模型的各项参数,建立了一个基于月均气温的老化等效温度计算模型,用于评估自然温度贮存固体推进剂的老化效应。应用本模型计算了:端羟基聚丁二烯(HTPB)、硝酸酯增塑聚醚NEPE、复合改性双基(CMDB)三类典型固体推进剂在不同地区的老化等效温度。结果表明,老化等效温度显著大于年均气温,季节温差越大,差异越明显。固体推进剂的老化活化能越大,等效温度越向最大月均气温靠近,与年均气温的差异也越大。     

潜射导弹尾部燃气后效建模及数值模拟

利用Rayleigh-Plesset方程,建立了等压球状尾泡模型,分析了尾泡的泡内压力变化.通过尾泡方程与导弹运动方程的联合求解,讨论了燃气泡对垂直发射潜射导弹弹道轨迹的影响.结果表明,导弹在出筒后,由于环境压力的变化,尾部压强有小幅波动,随着尾泡尺寸的减小,波动周期越来越短,与试验测量结果吻合较好.     

磁场对乙烯预混气体爆炸自由基影响机理

为探究磁场对预混气体爆炸特征的影响及机理,以乙烯为例,通过自行研制的实验系统研究磁场对预混乙烯/空气爆炸压力、火焰传播速度等爆炸特征的影响,利用Chemkin-Pro模拟了乙烯爆炸链式反应过程,研究了乙烯爆炸链式反应的关键自由基,理论计算了磁场对自由基粒子的作用力,探讨了磁场影响预混气体爆炸的自由基机理。结果表明,在最大磁场强度3300 Gs作用下,6.5%乙烯最大爆炸压力降低18.18%、爆炸压力上升速率降低17.33%,沿着火焰传播方向,磁场对乙烯爆炸火焰传播速度呈现先促进后抑制的效应,抑制效果大于促进效果,总体呈现抑制效应。乙烯爆炸过程中的关键自由基为·H、·O、·CH₂。自由基在磁场作用下的受力与自由基的磁化强度成正比,乙烯爆炸关键自由基的磁化强度各不相同,在磁场作用下,自由基出现分层现象,减少了不同自由基之间的碰撞,降低基元反应速率,从而抑制乙烯爆炸。     

天然气混氢发动机稀燃极限影响因素试验研究

为了研究点火提前角、掺氢比、节气门开度、发动机转速、机油和冷却水温度对天然气混氢发动机稀燃极限的影响,在一台点燃式发动机上开展了台架试验。试验转速1 500～3 000 r/min,节气门开度10%～40%,机油温度75 ℃～95 ℃,冷却水温度65 ℃～85 ℃. 试验用燃料掺氢比0～40%,点火提前角条件为稀燃最佳角。结果表明：过大和过小的点火提前角都使发动机的稀燃极限减小;稀燃极限随燃料中掺氢比增加而显著提高;随节气门开度增加略有上升;随发动机转速增加而减小;随机油温度升高先减小后增大;随冷却水温度升高而略有上升。     

基于亚历山大效应测量固体火箭发动机燃气温度

介绍了亚历山大效应测温原理,通过数值仿真研究了发动机尺寸与热损失对燃烧室轴心温度的影响,组建了基于亚历山大效应的火箭发动机燃气温度测量系统。测量了铝含量为1%,9%,17%的复合推进剂在0.1 MPa下燃气温度、发动机工作压强为5 MPa时燃烧室内燃气温度和喷管出口处燃气温度。结果表明:发动机直径与热损失对燃烧室轴心温度的影响可忽略;基于亚历山大效应测温法在室压下测得燃气温度分别为2857,3109,3284 K,理论计算燃气温度分别为2712,2891,3049 K,即随着铝含量的增加,实测燃气温度和理论燃气温度都增加;测得发动机喷管出口燃气温度为2200 K,与理论计算的2278 K较吻合;透明玻璃窗在发动机工作过程中受到燃气污染,导致测得的燃烧室气体温度分别为2300 K和2450 K,低于理论计算的3190 K和3450 K,必须进一步改进高温测量系统,使之能精确测量火箭发动机燃气温度。     

甲烷-氢气-空气预混合气燃烧特性研究

在定容燃烧弹内进行了甲烷-氢气-空气混合气燃烧试验,采集燃烧压力数据和火焰扩散图片,讨论不同的初始温度、初始压力、燃空当量比、掺氢比对甲烷-氢气-空气混合气的最大燃烧压力、最大压力升高率、燃烧速率和燃烧稳定性的影响.结果表明:混合气在较高初始温度和较低初始压力下,燃烧速率相对较大;随着混合气中氢气比例增加,最大燃烧压力值增大,其出现时刻提前,火焰半径明显增大且出现褶皱,火焰传播稳定性降低.     

天然气掺氢发动机燃气供给系统设计与试验研究

提出了将滑动弧电解制氢装置应用到天然气发动机中,通过电解天然气制氢,轻松实现天然气（CNG）发动机到天然气掺氢（HCNG）发动机的改装。通过自制装置,进行了过量空气系数和点火提前角与燃用不同掺氢比例的HCNG对发动机排放特性影响的试验研究。结果表明,发动机燃用HCNG,其HC和CO的排放都减少,NOx排放量增加,但随着过量空气系数的增加或点火提前角的减少,NOx排放会大大减少,排放性能得到优化。同时进行了体积掺氢比20%的HCNG和纯CNG外特性对比试验研究,结果表明,相比纯CNG,燃用掺氢20%HCNG后,其动力性变化不大,燃料消耗率却相应的减少,经济性得到改善。