基于快速压缩机的二甲醚燃烧特性研究

为了研究二甲醚（DME）的燃烧特性,在初始温度293 K、驱动压力0.6 MPa、初始压力0.04~0.08 MPa、氮气稀释率47.29%~60.81%、压缩比8.82~12.02的实验条件下,利用快速压缩机（RCM）研究了初始压力、氮气稀释率、压缩比对DME-O₂-N₂混合气着火延迟期和最高燃烧压力的影响。结果表明：DME-O₂-N₂混合气出现两阶段放热现象与两阶段着火延迟期;随着压缩比的增加,混合气的着火延迟期出现负温度系数（NTC）现象,随初始压力的升高,出现NTC现象的温度向高温方向发展;随氮气稀释率的增加,出现NTC现象的温度向低温方向发展;初始压力一定,不同压缩比下,随氮气稀释率的增加,混合气的最高燃烧压力和第2阶段着火延迟期呈相反的变化趋势;氮气稀释率一定,不同初始压力下,随压缩比的增加,混合气的最高燃烧压力和总着火延迟期呈相反的变化趋势。     

甲烷掺混氢气的燃烧特性试验研究

通过在定容燃烧室内研究不同的初始温度、初始压力、燃空当量比、掺氢比下甲烷-氢气-空气混合气的燃烧压力变化规律,得到了上述条件对混合气最大燃烧压力、最大压力升高率、火焰发展期、燃烧持续期以及最大燃烧压力循环变动的影响.研究结果表明:其他初始条件不变时,甲烷-氢气-空气混合气在高温低压时火焰传播的更快;随着甲烷中掺氢比增加...     

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.     

高温预混气体火焰传播速度研究

为明确高温预混气火焰传播规律,计算了不同初始温度、压力及当量比下氢气/空气、甲烷/空气、乙烯/空气的层流火焰传播速度,分析了层流火焰传播速度随混合气初始状态的变化规律;并结合经验公式给出不同层流燃烧速度下湍流火焰传播速度随脉动速度的分布规律。结果表明:对于轻质碳氢燃料,高温高压条件下,层流火焰传播速度随混合气初始温度增加而增加,随初始压力增大而减小;高温高脉动速度条件下,湍流火焰速度达百米/秒量级。     

排氢燃烧系统点火粒子两相流特性研究

排氢燃烧系统是新一代运载火箭发射的关键设备,氢氧发动机排放的低温氢气需要进行有效处理,否则会产生爆燃或爆轰,从而影响火箭发射的成败。排氢燃烧系统采用高温金属粒子点火方法,高温金属粒子的流动特性决定了排氢燃烧效果。为获得点火粒子的运动特性,采用颗粒轨道模型对点火粒子-高温燃气两相流动进行数值模拟,获得不同粒径颗粒的温度空间分布及其变化规律。     

两种含能液滴燃烧特性的比较

利用高速摄影和热电偶测温方法研究了ＨＹ９１１和ＯＴＴＯ－Ⅱ两种液滴在高温（７００－８５０℃）环境下着火,燃烧的特性,定量测试了液滴着火延迟期,生存期,着火温度和平均质量燃速。结果表明：在同样条件下,ＯＴＴＯ－Ⅱ液滴比ＨＹ９１１液滴易于着火,但燃速比ＨＹ９１１慢得多。     

喷孔分布对柴油机双ω燃烧系统性能影响的研究

为了改善柴油机喷雾空间分布,提高缸内混合气形成质量,提出了双ω型燃烧室及与之相匹配的双排喷孔的燃烧系统。应用AVL FIRE软件对不同喷孔分布形式的双ω型燃烧室缸内喷雾、混合气形成和燃烧过程进行数值模拟,分析了喷孔分布形式对缸内当量比分布和温度场及燃烧与排放特性的影响。研究结果表明：适当增加上排喷孔的数目能够有效提高混合气形成质量,改善燃烧过程;采用上排5个、下排3个的喷孔分布形式能够获得较低的氮氧化物和碳烟颗粒排放。     

喷油规律曲线形状对柴油机燃烧过程影响的仿真分析

基于多维数值模拟的方法,研究了4种典型的喷油规律曲线形状对直喷式高强化柴油机燃烧过程的影响规律,通过分析滞燃期、放热率形状、预混燃烧及扩散燃烧放热量分配比例、燃烧重心等,得到结论：矩形喷油规律的滞燃期最短,最先着火,斜坡形喷油规律的滞燃期相对最长;矩形和梯形喷油规律对应的预混燃烧阶段放热量占得比例较大,燃烧重心更接近于上止点(TDC),燃烧的等容度高,循环热效率高,斜坡形和楔形喷油规律预混燃烧阶段放热量占得比例较小。     

进气氧浓度对柴油机燃烧过程影响的仿真研究

为分析进气氧浓度对柴油机燃烧的影响,通过调节进气氮氧比控制进气氧浓度,应用计算流体力学（CFD）软件FIRE对不同进气氧浓度下柴油机燃烧过程进行了三维仿真研究。研究结果表明：进气氧浓度影响缸内混合气质量,进气氧浓度降低,缸内浓混合气增加,扩散燃烧阶段放热速率降低。随着进气氧浓度降低,缸内最高压力和平均温度降低,柴油机燃烧品质变差。富氧燃烧时柴油机NOx排放升高,碳烟排放降低;部分负荷时,进气氧浓度降低,NOx和碳烟排放均降低。     

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.     

NOx对甲烷点火延迟时间影响的数值研究

点火延迟时间是超燃冲压发动机设计中的重要参数之一。为研究氮氧化物（NOx）对甲烷点火延迟时间的影响,在GRI-Mech 3.0机理的基础上添加R326、R327、R328 3个反应,利用CHEMKIN 化学动力学软件,对CH₄/O₂/NOx/Ar混合气体的点火过程进行数值计算,并将数值计算数据与文献\[6\]中的实验数据进行了对比。通过对比发现添加3个反应之后,GRI-Mech 3.0机理能够较好地模拟含NOx时甲烷的点火过程。研究结果表明：NO₂缩短甲烷点火延迟时间的程度比N₂O缩短甲烷点火延迟时间的程度大;CH₄/O₂/NOx/Ar预混气体在富氧条件下（燃气当量比为0.5）的点火延迟时间要比贫氧条件下（燃气当量比为2.0）的点火延迟时间短。     

环境压力对铝氧反应点火过程影响的计算分析

为了研究环境的压力对铝氧反应点火过程的影响,运用零维均质点火模型,利用CHEMKIN-PRO闭式均相反应器进行求解计算;分析了点火过程中主要基元反应对点火过程的影响,计算了参与点火过程的主要物质摩尔分数随时间的变化规律;重点计算了在2300 K初始温度不同环境压力下（1～9 atm）的点火延迟时间,点火延迟时间与环境压力的拟合关系式为t＝3．36×10－7 p0－0．99;获得了不同环境压力时组分O2、Al（l）、Al2O、Al2O2、AlO、Al2O3、O、AlO2、Al、Al2 O（l）在点火过程中的摩尔分数变化规律。     

固体火箭冲压发动机补燃室内硼颗粒点火计算研究

采用King硼颗粒点火模型,研究固体火箭冲压发动机补燃室内温度、压强、氧气摩尔浓度、硼颗粒初始半径对硼颗粒点火的影响。计算结果表明：当颗粒初始条件确定后,存在一个颗粒点火所需的最低环境温度;当氧气摩尔分数比较低时,增加环境总压,颗粒点火时问增加;当氧气摩尔分数比较高时,增加环境总压,颗粒点火时间反而减少;增大颗粒半径后,颗粒点火时间也增加;当环境温度升高时,颗粒点火时间显著减少。     

航空煤油裂解气的高温自点火延迟特性

航空煤油是一种典型的吸热性碳氢燃料,燃料在进入燃烧室之前通过热裂解产生裂解产物而吸热,可在高速飞行器的热防护中起着重要作用。航空煤油及其裂解气的自点火延迟特性是冲压发动机设计的主要参数之一,也是验证燃烧反应机理的重要数据。本研究在化学激波管中,利用反射激波对航空煤油及其裂解气进行自点火,获得了点火温度在900~1820 K,压力为1.01×10^5Pa,当量比为1.0条件下RP-3航空煤油、裂解气及主要裂解成分氢气、甲烷、乙烯和乙烷的自点火延迟时间。点火延迟时间定义为反射激波到达测量点时引起的压力信号起跳到CH^*自由基信号大量出现时的时间间隔。实验结果表明,点火延迟时间随温度的升高明显缩短;在相同工况下,甲烷点火延迟时间最长,氢气最短,裂解气的点火延迟时间比航空煤油略长;裂解气活化能接近于航空煤油的活化能,都在180 kJ·mol^-1左右,单组分中的氢气点火活化能最低,为127.8 kJ·mol^-1。实验结果与相应的燃烧动力学机理模拟结果进行了对比,机理能很好预测温度对点火延迟时间的影响规律。对机理进行了敏感度分析,得到了影响燃料点火的主要基元反应。     

甲苯、正癸烷点火延迟的激波管实验研究

利用反射型激波管、压力传感器、光电倍增管、示波器等组成的测试系统,通过测量激波压力信号和OH自由基光强信号,在1175~2023 K,压力为0.1 MPa,当量比为0.5、1.0、2.0的条件下,获得了甲苯/氧气/氮气、正癸烷/氧气/氮气的点火延迟时间。在实验中利用超声速气流雾化液态燃料,制备了均匀的燃料气溶胶。通过控制反射激波缝合接触面的运行状态,使实验运行时间延长至15 ms以上。实验结果表明,在相同的点火压力和点火温度下,甲苯的点火延迟时间比正癸烷的长。随着反应初始温度升高,甲苯和正癸烷的点火延迟时间缩短,点火延时的对数与温度倒数成正比。点火过程中的OH自由基荧光强度在不同温度下呈现出不同的变化规律。     

含能材料等离子体点火过程的强瞬态二维热传导分析

针对在等离子体点火过程中,当热量传播速度为有限值时,其传热机理和适用经典傅里叶定律时热量传播速度为无限大时完全不同。通过对傅里叶定律进行修改,使其能够在强瞬态导热中应用。在柱坐标下建立火药颗粒强瞬态热传导的轴对称二维数学物理模型,并进行数值模拟,计算得到了火药颗粒内部温度场分布,分析了不同因素对等离子体点火性能特别是点火延迟的影响以及火药颗粒内部加入热电偶后对内部温度场分布的影响。计算结果表明：等离子体辐射温度越高,点火延迟越小;辐射吸收层越小,表面温度达到着火点所需时间越短,点火延迟也就越小;松驰时间对等离子体点火产生滞后影响,松驰时间大使热传导系统保持原有稳走状态的能力就强,热传导能量难以向内部渗透。当插入热电偶测量温度时,热电偶对温度场分布会产生影响。     

基于新型半导体激光系统的B/KNO3/PF点火特性

为了研究点火系统的发火性能和点火特性,设计了一种新型可自检半导体激光点火系统和以微米级B/KNO3/酚醛树脂(PF)为装药的激光点火器。采用热重-差示扫描量热技术(TG-DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪(EDS)、激光反射率和发射光谱等测试获取了药剂的形貌尺寸、元素分布、热性能、激光吸收效率和药剂粒子激发谱线等性能参数;通过激光点火系统启动点火器发火研究了激光脉宽对B/KNO3/PF药剂发火性能和点火特性的影响。结果显示:较大PF质量比(4.8%)的和较小颗粒(平均粒径6.97μm)的B/KNO3/PF药剂在DSC曲线中起始反应温度降低,放热量增加。点火器点火启动分为一次点火和二次点火两个过程,激光脉宽对点火器的点火特性有显著影响。当激光脉宽为5 ms和10 ms时,点火器能够正常发火,其50%发火能量分别为6.23 mJ和12.54 mJ。通过调节激光的脉宽和能量,获得点火器的一次点火延迟时间为3.50~4.69 ms,二次点火延迟时间为7.23~8.08 ms,火焰持续时间为58~83.5 ms;当激光脉宽为2 ms时,激光点火系统无法激励点火器正常发火。这种特性与半导体脉冲激光能量输出规律相符合。     

RDX-CMDB推进剂激光点火特性

采用CO2激光点火的方法研究了双基推进剂SQ-2和RDX-CMDB推进剂在不同热流密度作用下的点火特性,探讨了RDX含量、Al粉和燃烧催化剂对RDX-CMDB推进剂点火性能的影响.实验结果表明,SQ-2和RDX-CMDB推进剂(含Al粉的配方除外)的点火延迟时间随热流密度增加而递减,且热流密度较高时,点火延迟时间变化趋...