对撞式喷嘴在模拟燃烧室内喷雾特性研究

为了研究对撞式喷嘴在燃烧室内的喷雾特性,采用三维相位多普勒粒子动态分析仪(PDA),测量了模拟燃烧室内对撞式喷嘴喷雾场参数的空间分布,分析了不同喷雾压力下雾化液滴的平均直径、轴向速度和径向速度的变化规律。结果表明:喷雾压力越大,液滴平均直径D30越小,正态分布特征越明显;随着喷雾向下游发展,液滴轴向速度分布向小速度偏移,喷雾压力越大,距离喷嘴较远的截面上,轴向速度损失越小;距离喷嘴越远,雾化液滴径向速度的数目分布越趋向某一狭窄速度段,且喷雾压力越大,这种分布特征越明显。     

凝胶汽油双股撞击式雾化速度场实验研究

为研究凝胶剂含量、撞击角以及喷射压力等参数对凝胶汽油双股撞击式雾化速度场的影响,实验室制备了凝胶剂含量分别为4%和5%的QNJ-4、QNJ-5凝胶汽油样品。利用旋转式流变仪分别对QNJ-4、QNJ-5凝胶汽油的表观粘度进行了测量,并拟合了反映其表观粘度变化的幂率公式。采用粒子图像速度仪测量了撞击角θ分别为60°、75°、90°、105°和120°,喷射压力p为0.5 MPa、 0.75 MPa、1.0 MPa和1.25 MPa条件下双股撞击式雾化流场的速度分布。结果表明：凝胶剂含量越高,反映凝胶汽油表观粘度变化的幂率公式中,粘度系数k越大,流动指数n越小;凝胶剂含量越高,凝胶汽油撞击雾化后的液滴速度越小;在撞击点下游,中心轴线上的液滴速度v_l沿轴线呈总体下降的趋势,但由于撞击点产生的不稳定波的作用,液滴速度v_l会出现波动;随着撞击角的不断增大,凝胶液滴的核心速度v_c不断减小,但在撞击角为105°会出现暂时增大;随着喷射压力的增大,凝胶汽油雾化后的核心速度v_c不断增大,但增大幅度越来越小。     

喷管对脉冲爆轰发动机爆轰噪声影响的实验研究

喷管不但可以增加脉冲爆轰发动机推力,而且对脉冲爆轰发动机噪声的形成与传播也具有重要作用。为探索脉冲爆轰发动机爆轰噪声形成机理及控制技术,搭建了脉冲爆轰发动机噪声测试实验系统,在不同位置不同角度对3种不同类型喷管的脉冲爆轰发动机爆轰噪声特性进行了研究。研究结果表明,收敛扩张喷管对于减小脉冲爆轰发动机爆轰噪声幅值作用最为明显,在0°方向3 000 mm处可以达到77.13%的降幅;对于收敛喷管,收敛角度越大指向性越明显,而扩张和收敛扩张喷管的喷管出口面积越大指向性越不明显;喉部直径48 mm的收敛扩张喷管与管口直径280 mm和320 mm的扩张喷管对参考半径影响最为显著,参考半径由1 600 mm减小至800 mm. 研究结果对于爆轰噪声机理研究以及脉冲爆轰发动机工程化应用具有重要参考意义。     

无阀式汽油/空气两相脉冲爆轰发动机试验研究

设计加工了直径为80 mm的无阀式汽油/空气两相脉冲爆轰发动机,在试车台内开展了10～20 Hz工作频率及0.14～0.16 MPa进气压力工况条件下的试验,研究了脉冲爆轰发动机内燃烧转爆轰过程.通过分析动态压力传感器上采集得到的信号,给出了点火开始至爆轰波形成时间在不同工况下的变化情况.结果表明,脉冲爆轰发动机可以在10～20 Hz工作频率下稳定工作;增大进气压力与提高爆轰发动机工作频率,有助于燃烧转爆轰的形成.研究结果为脉冲爆轰发动机燃烧转爆轰机理以及设计运行提供了参考.     

爆轰波在变截面突扩管道中的传播特性研究

为了研究截面突扩结构对脉冲爆轰发动机推进性能的影响,需明确粘性对气液两相爆轰波在突扩管道内传播的影响。采用二维粘性CE/SE方法对爆轰波从小管径进入突然扩张的大管径爆轰管的汽油/空气两相爆轰过程进行数值仿真,研究了爆轰波进入二维突扩管后的传播及压强等一系列参数的变化规律及原因。结果表明:爆轰波进入突扩管道后会在拐点位置产生涡流并伴随熄爆的现象,马赫反射的形成将导致高温高压区的形成,使得球形波阵面被抹平,最终再次形成稳定的爆轰波;对于不同管径的突扩段,管径越大,形成马赫杆时的位置越靠后且压力越大;点火强度的改变对稳定爆轰波形成位置及大小的影响较小。     

某空气雾化旋流喷嘴在受限空间内雾化特性的实验研究

为了研究某空气雾化旋流喷嘴在受限空间内的雾化特性,采用多普勒相位粒子动态分析仪测量了雾化场中液滴的粒径和轴向速度,并将大气环境中和受限空间内的雾化参数进行了对比分析。结果表明：雾化液滴的索特平均直径由气体和液体喷射压力共同决定;随着距喷嘴轴向距离的增大,液滴索特平均直径呈现先减小后增大的变化趋势,液滴轴向速度逐渐减小;当液体喷射压力一定时,气体喷射压力增大,液滴索特平均直径变小,液滴轴向速度变大;当气体喷射压力一定时,液体喷射压力增大,液滴索特平均直径增大,但液滴轴向速度变化较小。     

当量比及氧化剂含氧量对凝胶汽油爆轰过程的影响

为了研究化学当量比和氧化剂含氧量对凝胶汽油/气相氧化剂两相爆轰过程的影响,建立了考虑组分的凝胶汽油/空气三维两相爆轰模型,并采用守恒元与求解元方法对脉冲爆轰发动机管内爆轰过程进行了数值仿真,分析了当量比和氧化剂含氧量对爆轰波形成时间、形成距离、爆轰波压力峰值和爆轰波传播速度的影响.数值研究结果表明,当量比α小于1.15时,随着当量比的增大,脉冲爆轰发动机管内形成爆轰波所需的距离和时间缩短,爆轰波的压力峰值和传播速度增大,当量比α=1.15时形成爆轰波所需的距离和时间分别为0.288 m和278.0μs,爆轰波压力峰值和传播速度分别为1.85 MPa和1437 m·s-1;随着氧化剂含氧量β的增大,爆轰波的压力峰值和传播速度增大,当氧化剂含氧量β由23％增大至48％时,爆轰波的压力峰值由1.85 MPa增大至2.85 MPa,传播速度则由1437 m·s-1增大至1868 m·s-1.     

脉冲爆轰发动机进气压力对爆轰影响的实验研究

为了研究脉冲爆轰发动机进气压力对爆轰过程的影响,对以汽油空气混和物为燃料的脉冲爆轰发动机进行了实验研究.实验得到了工作频率为33 Hz和40 Hz的稳定爆轰波,其峰值压力分别为1.5～1.8 MPa和1.3～1.8 MPa.实验结果表明,空气进口压力对点火起爆过程及爆轰频率等具有大的影响,当进口空气压力降低,点火起爆过程变难,爆轰频率下降.实验结果对脉冲爆轰发动机机理研究及实验装置改进等具有一定的参考价值.     

大气环境中双股自击式喷嘴雾化液滴的运动特性

为了研究大气环境中双股自击式喷嘴雾化液滴的运动特性,设计了双股自击式射流喷雾实验装置,运用多普勒相位粒子动态分析仪(PDPA),观测了喷嘴压降对于雾化液滴运动特性的影响,着重分析了液滴轴向速度和径向速度的分布。结果表明:随着测量截面与喷嘴间的距离由25mm增到100mm,液滴平均直径(D30)变大:当喷嘴压降为2.2MPa,D30由44.26 m增大到61.26 m,当喷嘴压降为2.6MPa,D30由42.88 m增大到55.49 m;距离喷嘴越远,液滴轴向速度和径向速度越小;测量点距离中心轴越远,液滴轴向速度越小,径向速度脉动越大;喷嘴压降增大,液滴平均直径减小,液滴轴向速度分布均匀性变好,径向速度分布均匀性变差。     

气体与液体两相连续旋转爆轰波二维数值模拟研究

为研究汽油与富氧空气两相连续旋转爆轰发动机的工作特性,使用非结构化三角形网格守恒元与求解元(CE/SE)方法对气体与液体（简称气液）两相连续旋转爆轰波进行了二维数值模拟。通过数值模拟获得连续旋转爆轰波传播的不同模态,研究了进气总压和当量比对两相连续旋转爆轰波的影响,分析了不同模态下连续旋转爆轰发动机的工作特性,并对数值模拟结果进行了试验验证。结果表明：液滴的蒸发和剥离过程,延缓了液滴燃料的燃烧,导致了两相爆轰压力和温度的不完全耦合,降低了两相爆轰波的传播速度;当量比对连续旋转爆轰波的传播模态影响较大,当量比越低、越容易形成单波模态,当量比越高、越容易产生多个波头;单波模态的爆轰波压力和传播速度波动最小,双波模态居中,三波模态波动最大;发动机推力波动规律与压力波动规律相反,单波模态推力波动最大,双波次之,三波模态推力波动最小;计算所得旋转爆轰波波速与试验结果吻合较好,旋转爆轰波流场与实验研究定性一致。数值研究方法发展了非结构化CE/SE算法,研究结果对气液两相连续旋转爆轰发动机的试验研究和工程应用具有一定的指导意义。     

新型外混式气动喷嘴的雾化性能

气动喷嘴是一种广泛应用于液体燃料燃烧室的燃油雾化装置,具有雾化效果好、供油系统简单等优点.设计了一种新型外混式气动喷嘴,对其雾化性能进行了实验研究.实验研究主要分析空气压力、液体压力及测量位置不同时,新型外混式气动喷嘴喷雾的SMD、平均轴向速度、平均径向速度、液滴通量等特性参数沿喷嘴径向的分布情况.试验结果表明,所设计的喷嘴具有良好的雾化效果.     

含碳颗粒的凝胶推进剂雾化特性实验研究

固体含能颗粒对提高凝胶推进剂的能量特性具有重要作用,是凝胶推进剂的重要组成部分。雾化问题是凝胶推进技术的关键问题之一,为了研究添加固体含能颗粒对凝胶推进剂雾化的影响,选择碳颗粒作为固体添加剂,开展了含碳颗粒凝胶推进剂雾化的实验研究。制备了3种不同含碳颗粒凝胶推进剂模拟液,并对它们的流变和触变特性进行了测量;分析了不同射流速度、不同撞击角度下的雾化场特点和形成机理,以及撞击速度对雾化模式,撞击角度对雾化场基本形状,碳颗粒质量分数、平均粒径等因素对模拟液流变特性和雾化效果的影响;提出了一种基于尺度不变特征变换关键点匹配的雾化场速度计算方法,定量分析了含碳颗粒凝胶推进剂的雾化场速度;以雾化场速度分析为基础提出了一种新的液膜厚度估算方法。研究结果表明：雾化效果随着射流速度和撞击角度的增大而显著改善;碳颗粒的添加对雾化效果有着重要影响,雾化效果随着碳颗粒质量分数的增大而降低,适当增大碳颗粒的粒径可以改善雾化效果;雾化场平均速度与射流速度的比值v_a/v_j可以用于表征雾化效果,v_a/v_j越小,能量转换效率越高,雾化效果越好。     

补气和超声雾化降低汽油机怠速排放的试验研究

该文提出了一种基于进气管补气和超声雾化降低化油器式汽油机怠速排放的新方法 .进气管补气使怠速混合气浓度变稀 ,超声作用使得从怠速油道内流出的燃油被破碎并与空气混合均匀 ,得到较好雾化及混合的较稀的怠速混合气能够实现较完全的燃烧 ,进而降低怠速排放 .作者自行研制了一套进气管补气和燃油超声雾化试验系统 ,并在 4 92 Q汽油机上进行了台架实验 .实验结果表明 ,与原机相比 ,在低怠速区降低 HC和 CO排放30 %以上 ,在高怠速区降低 1 0 %以上 ,如对系统进行进一步优化并与汽油机实现良好匹配 ,有可能达到平均降低 HC和 CO排放 30 %的目标 .     

超空泡射弹小入水角高速斜入水试验研究

为研究超空泡射弹小入水角高速斜入水性能,利用高速摄像技术开展了超空泡射弹入水试验。沿水下弹道轨迹的左侧等距布置压力传感器测试压力变化,分析弹体不同侧滑角入水冲击过程的弹道轨迹、喷溅演变和水下压力波传播特征。结果表明：对于射弹小入水角高速斜入水,弹体小侧滑角入水能形成较光滑透明的入水空泡和稳定的入水弹道,较大的侧滑角易造成空泡内严重雾化、弹道轨迹偏转和弹体损坏等现象,严重程度随侧滑角增大而增大;小侧滑角下弹头空化器及圆锥段斜面与水面的撞击使得入水喷溅在俯视下呈左右近似对称的“蝶”状,侧滑角对前半部分喷溅的左右对称性影响较小,对后半部分喷溅的对称性和范围影响较大,前半部分喷溅的对称轴随着侧滑角增大会出现相应偏转;入水冲击产生的水下压力波变化过程可分成两阶段：由弹体和水域冲击产生的初始压力波动阶段和各压力波叠加的高频脉动阶段,两阶段压力波动因侧滑角增加后入水状态的不同而呈现不同的变化特征。     

射流偏心撞击对凝胶推进剂撞击雾化影响的实验研究

为研究射流偏心撞击对凝胶撞击雾化的影响,建立撞击雾化实验台,制备凝胶推进剂及其模拟液,对单股射流形态及不同偏心度下的撞击液膜和液滴尺寸分布进行测量。理论推导了偏心撞击下撞击液膜偏角,并与实验结果进行了对比。研究表明：随着喷射速度的增大,单股射流受到的扰动逐渐增大;在靠近喷注器出口处扰动有限,不同速度下的射流变形都很小;不同偏心度下液膜发展和破碎形式基本相同,当偏心度达到1.5/6时,液膜自撞击点开始出现了呈一定角度较为暗淡的区域,流量不对称性增强;随着偏心度的增大,液膜偏角逐渐增大,但与理论值相比偏小;偏心度的大小对撞击雾化的液滴尺寸分布影响较小,但偏心撞击的索特平均直径值比无偏心时小,并在0.5/6达到最小值。     

煤油凝胶液滴破碎时空特性实验研究

为了探究煤油凝胶液滴破碎的时间和空间分布特性,采用高速摄像机拍摄破碎过程,获得在不同气流速度下煤油凝胶液滴的破碎特征、流动参数对破碎时间和破碎区域的影响。结果表明:随着韦伯数(We)增大,煤油凝胶液滴依次发生与煤油(牛顿流体)液滴相同的破碎模态,且模态转换We随着胶凝剂含量的增加而提高。三种煤油凝胶的总破碎时间和初始破碎时间的比值(Ttot/Tini)均随奥内佐格数(Oh)的升高而降低,且均趋近于牛顿流体的该值(3.125)。在破碎结束时,横向破碎区域随着We数的升高而扩大,且胶凝剂含量越低范围越大;纵向破碎区域随着We数升高会扩大到一个极值,胶凝剂含量为1%和2%的煤油凝胶,破碎区域和初始液滴直径的比值趋于20,胶凝剂含量为3%时,该值趋近17。     

水深和弹体长径比对超空泡弹体阻力系数及空泡形状影响的实验研究

为研究超空泡射弹的运动规律,用高速摄影机拍摄了3种长径比的弹体,在6个不同的水深下产生的超空泡的运动过程,对超空泡与自由面相互作用过程进行了研究。结果表明：随着水深的增加,超空泡的体积会变小,持续时间会变短,弹体的阻力系数会增大;当超空泡可以完全覆盖住弹体的情况下,如果速度相同,随着弹体长径比的增加,超空泡的体积基本保持不变,但其阻力系数会增大;随着水深减小,当超空泡与自由面发生相互作用时,空泡的尺寸(体积)增大、并且空泡的持续时间变长,这应该是大气进入到超空泡内的缘故;以长径比为8的弹体为例,空泡的持续时间从5~6 ms增加到12 ms以上,空泡无量纲长度和直径分别约增加了30%和15%.     

基于SPH方法的凝胶燃料单滴微爆过程模拟

为探究凝胶燃料单滴微爆过程中液滴形态和物理量变化规律,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对JP-8金属凝胶液滴的微爆过程进行数值模拟研究。引入完全变光滑长度SPH方法解决气泡膨胀过程中密度梯度和光滑长度梯度变化剧烈的问题。采用修正JCD(Johnson-Cook Damage)强度模型模拟了弹性胶凝剂膜。模拟了凝胶液滴微爆过程中,内部气泡生长、膨胀、破壳、喷射等过程。得到了气泡变形过程中液滴内部压力和胶凝剂膜的应力变化特性。探索了凝胶液滴微爆过程中液滴半径、压力、拉伸应力、表面张力等物理量的变化规律。数值模拟结果显示,随着时间的推移,凝胶液滴体积逐渐膨胀,压力震荡上升,当直径膨胀比D/D0达到1.4时,胶凝剂膜破裂,液滴体积迅速缩小,压力急剧下降。对于多气泡凝胶液滴,大气泡相对小气泡膨胀更快,且大气泡产生对壁面的压力更大,导致胶凝剂膜在靠近大气泡附近破裂,破裂时间相较于单一气泡有所缩短。数值模拟结果与实验结果相吻合,揭示了凝胶液滴微爆过程的内在机理,验证了SPH算法在解决此类问题上的有效性。     

过量空气系数和点火正时对M100甲醇发动机性能影响研究

将一台4气门汽油机改装为燃用M100甲醇发动机,测量了甲醇发动机的动力性、经济性参数,研究了M100甲醇发动机性能随过量空气系数、点火提前角的变化规律。结果表明：转速为2 500 r/min、 部分负荷工况时,当过量空气系数一定,随点火提前角的增加,甲醇发动机的转矩增大,当量燃料消耗率下降,NO排放升高80%以上;相同工况时,当点火提前角一定,随过量空气系数的减小,发动机转矩增大,HC、CO排放明显增加。与燃用汽油相比,M100甲醇发动机外特性上的最大转矩增加约5.2%;在城市道路常用转速2 000 r/min,甲醇发动机按负荷特性运行,当量燃料消耗率低于原汽油机。