甲醇柴油混合燃料缸内燃烧仿真分析与试验验证

为探索战时车辆代用燃料,通过建立柴油机的燃烧模型,计算分析不同比值甲醇柴油混合燃料的缸内燃烧压力、温度、放热规律,并通过单缸机试验,探索出甲醇柴油混合燃料对柴油机动力性、经济性、机械负荷、热负荷的作用规律及掺混比值。     

DTBP对甲醇/生物柴油燃烧排放的影响

在186FA柴油机上,以甲醇/生物柴油(BM15)为基础燃料,分别添加不同质量比例的十六烷值改进剂二叔丁基过氧化物(DTBP),分析了DTBP改进剂对甲醇/生物柴油燃料特性的影响,以及DTBP添加比例对混合燃料燃烧和排放过程的影响.研究结果表明,BM15添加0.25%、0.50%、0.75%的DTBP,柴油机的输出功率分别比燃用BM15时升高了2.28%、4.21%和6.32%;比能耗分别降低了11.6%、20.6%、23.3%;添加DTBP可以改善混合燃料的着火性,随着DTBP添加比例的提高,混合燃料的滞燃期缩短,与燃用BM15相比,柴油机的NO_x、CO和HC排放均有所降低,排气烟度有所升高.     

膏体富燃料推进剂冲压发动机挤压输送特性试验研究

对两种膏体富燃料推进剂(含硼推进剂和铝镁推进剂)进行了挤压输送安全性试验与输送特性试验研究,证明两种膏体富燃料推进剂在1.5~8.0 MPa下挤压输送及喷射是安全可靠的,并进行了膏体富燃料推进剂冲压发动机一次燃烧摸底试验。试验证明,工作安全,喷射、点火、燃烧正常。     

金属基固体燃料的燃烧性能和热物理特性

讨论了两种金属基固体燃料以测定其燃烧性能和热物理特性。发现镁基固体燃料的燃速只随介质压力增加而增加。对硼基固体燃料的点火和燃烧性能的研究表明,硼可以大大地降低聚(BAMO/NMMO)的点火延迟时间。在确定燃料试样的热物理特性时,提出了一种表面下温度测量方法,以测定试样的导热系数对温度的依赖关系。这些结果与用激光-闪光法取得的结果很符合。     

无阻流式固体燃料冲压发动机燃料的燃速特性

无阻流式固体燃料冲压发动机用燃料，必须是能在约１ＭＰａ以下低压状态下燃烧的贫氧固体燃料。与火箭推进剂相比，由于燃烧成分过剩和氧化剂不足，所以燃烧机理也有很大差异。对添加硼的贫氧复合系固体燃料进行了实验研究。添加硼在低压下独立燃烧性能良好，随着硼添加量的增加可以得到很高的燃速。     

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．     

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。     

超燃冲压发动机用液体正烷烃燃料的燃烧特性

从燃烧特性和对机体冷却的必要性等方面考虑,液氢是比较理想的可将机体加速到高超声速的燃料,但因其燃料箱太大,实际应用有困难。而采用航空燃料,其燃烧特性和冷却性能方面也存在问题。本研究采用单成分碳氢燃料在超燃冲压发动机燃烧室模型中进行了燃烧试验,以了解其基本燃烧特性为目的,对喷气燃料中含量多的正烷烃,按其含碳数从7到16分成5组进行了燃烧试验,比较了每种燃料的自发点火性和保焰性,介绍了试验方法及结果。     

空气条件下氧化剂对铝/水基燃料燃烧特性的影响

利用多种实验技术研究了在空气气氛中添加剂奥克托今(HMX)和六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)对Al/H2O基燃料燃烧特性的影响。实验发现添加HMX比CL-20更有利于铝粉的燃烧,对燃面温度的提高效果也更为显著,但是,添加CL-20能促进Al/H2O基燃料的热量传递,显著提高燃速。通过分析发现,实验结果与氧化剂CL-20和HMX本身的热分解和燃烧特性紧密相关。     

负压环境下铝镁贫氧推进剂激光点火及燃烧特性

为研究不同负压对铝镁贫氧推进剂的点火及燃烧特性的影响,在负压环境下(0.01,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1 MPa)和不同热流下(1.26,1.86,2.23,2.79 W·mm~(-2))采用CO_2激光点火系统对铝镁贫氧推进剂进行点火实验,使用高速摄影仪记录点火燃烧过程,使用两个光电二极管同时监测激光和火焰信号得到其点火延迟时间,研究了负压对推进剂点火延迟时间、燃烧过程和燃速的影响。结果表明,压强影响推进剂热解气体的扩散,压强为0.08 MPa时,初焰为圆柱状,随着压强降低至0.02 MPa,初焰为圆球状;随着压强的降低,推进剂点火延迟时间增加,但随着热流密度的增大,压强对点火延迟时间的影响显著降低;压强对推进剂燃速影响较大,随着压强的降低,推进剂燃速降低,当压强从0.1 MPa降至0.01 MPa时,燃速降低47%;同时,在负压环境下,Vielle燃速公式更适用于表征铝镁贫氧推进剂的燃速特性。     

膏体推进剂火箭发动机点火特性

为研究膏体推进剂火箭发动机点火工作特性,推导了膏体推进剂燃面变化模型和各阶段燃面方程,编制了发动机点火特性参数计算程序,计算了不同输运管道孔径以及膏体推进剂初始堆积量下瞬态燃烧室压力。设计了膏体推进剂火箭发动机热试车试验系统,成功进行了点火试验,分析了膏体推进剂火箭发动机点火工作过程中四个阶段的特性。结果表明:燃烧室平均压强的计算结果与试验数据吻合较好,计算误差小于5.7%,该计算程序适用于膏体推进剂火箭发动机点火特性参数计算;膏体推进剂初始堆积量增加一倍,初始压力峰值平均增加42.8%;输运管道孔径减小60%,初始燃烧时间平均减小66.5%,余药燃烧时间平均下降26.1%。发动机点火试验时,减小膏体推进剂初始堆积量,可降低燃烧室初始压力峰、增大稳定燃烧时间,另外减小输运管道孔径,可明显增大发动机稳定燃烧时间。     

GAP系复合推进剂的燃烧特性——理论燃烧性能与燃速

火箭用的固体推进剂要求具有比冲高和燃速范围宽的特性。为取得高比冲， 研究了以ＧＡＰ（缩水甘油叠氮聚醚）作燃料成分的复合推进剂理论燃烧性能与燃速。作为氧化剂探讨了高氯酸铵（ＡＰ）、硝酸铵（ＡＮ）和奥克托金（ＨＭＸ）。ＧＡＰ为生成热４９．３７ｋＪ／ｍ ｏｌ的高能物质， 而且有自燃性， 作为可以高速燃烧的燃料成分兼有很好的粘合剂特性。虽然ＧＡＰ的压力指数与温度感度高， 但添加ＡＮ或ＨＭＸ可以显著降低温度感度。而且ＧＡＰ系复合推进剂的燃速在用ＡＰ、ＨＭＸ或ＴＡＧＮ作氧化剂时受粒度的控制， 在用ＡＮ 作氧化剂时其燃速与粒度无关。利用粒状扩散火焰模型进行的探讨明确了上述特性。     

碳酸ニ甲酯与柴油混合燃料的互溶性及最佳混合比研究

碳酸二甲酯(DMC)具有含氧量高、沸点低等特点，适合作为柴油机的燃料添加剂。对DMC和柴油的互溶性以及不同DMC添加比例下，对柴油机的动力性、经济性、排放特性进行了研究。实验结果表明：在发动机燃油和燃烧系统不作变动的条件下，在添加比20%范围内随着DMC在柴油中添加比例的增加，排气烟度逐步下降，热效率提高；当添加比例在10% - 20%时，烟度降低40%～50%，热效率增加了1% - 3%，发动机功率降低4%～8%，NOx、HC、CO和C02的排放变化很小。通过研究得出：DMC和柴油的最佳比例为15%；柴油和DMC的添加比在0%～15%范围内二者有很好的互溶性；上述研究对柴油机合理应用含氧燃料有指导意义。     

用于混合冲压发动机的固体燃料燃烧特性

使用固体燃料和液体燃料两种燃料的混合冲压发动机, 可望兼具固体燃料冲压发动机2次燃烧点火性/燃烧稳定性良好的特征和液体燃料冲压发动机比冲(Isp)性能高、 流量控制范围大的特征.针对混合冲压发动机用固体燃料, 试制了在适用的物质中添加硼(B)的固体燃料, 使用小型冲压发动机实施了仅用固体燃料状态的燃烧试验.试验结果显示, 1次燃烧特性和2次燃烧点火性能良好, 并利用改变空气导入方法提高了2次燃烧效率.     

超燃冲压发动机燃料混合增强技术研究进展

随着超燃冲压发动机技术的发展,发动机燃烧室内燃料的高效混合与燃烧技术成为了研究热点。由于在高马赫数飞行条件下,燃料在燃烧室内驻留时间极短,而混合过程对燃料和来流的热释放具有重要影响,因此需要一种具有高混合效率的燃料喷注方案,国内外学者对此提出了多种混合增强技术。本文对壁面横向射流、凹腔、激波/剪切层干扰以及波形壁混合增强方法的研究进展进行了综述,梳理总结了各类方法的混合增强机理与主要特点,并提出对混合增强技术未来研究方向的展望。     

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.     

基于旋流分离器结构的冷壁燃烧室流动特性仿真

旋流分离器产生的内外双层旋流具有稳定火焰以及冷却壁面的潜能,为此文中应用雷诺应力模型（ RSM）对某种结构的旋流冷壁燃烧室的流动特性进行了数值仿真。结果表明：旋流冷壁燃烧室能够实现内外双层旋流流动,具有较好的壁面冷却效果。冷热态条件下,总压损失系数为0.9％和1％,表现出低阻特性;内外旋流分界面平均约占半径的70％。燃烧区域分界随燃料喷入速度的增大而增大,燃料喷射速度为12 m／s时,燃烧区域最大,平均约占半径的56％。     

压力调节供应方式的鱼雷热动力系统启动过程匹配性研究

鱼雷热动力系统通常采用固体药柱先在燃烧室内点火再适时使燃料进入并点燃的方式实现启动，启动过程各参数变化剧烈且工作过程极为复杂，试验及统计表明，使用燃料压力调节供应方式的热动力系统在启动阶段更容易发生如热爆和无法点火等各类故障，问题主要出在系统启动过程的匹配方面。文中针对使用燃料压力调节供应方式的热动力系统，建立了包括充填集液腔和喷嘴阀杆运动等启动过程动态仿真模型；对启动过程的3个典型阶段进行了启动特性仿真，对模型与功率试验相关结果进行了比较，给出了3个典型阶段的特性，讨论了主要参数对各过程的影响；在对系统启动特性仿真和系统样机功率试验结果分析的基础上，从使用闭式喷嘴及可靠开启、喷嘴特性选择、燃料进入燃烧室时刻的参数匹配、燃料进入燃烧室后的相关匹配4个方面分析了系统的匹配性，给出了系统设置、主要参数（如燃料进入时间、燃料进入时刻的内压、燃料进入量、燃料进入后泵增压速率和药柱选择等）合理匹配以及可调控环节等方面的建议。     

铝颗粒燃烧实验及理论研究综述

为了对Al颗粒燃烧特性有全面认识,分析了铝颗粒燃烧的实验与理论研究成果。根据相关实验数据得出了铝颗粒在不同条件下燃烧时间分布情况图。阐述了铝颗粒燃烧模型的发展所经历的Dn 模型、Law模型、L-B模型和详细化学动力反应模型的适用性和优缺点,指出了深化铝颗粒燃烧机理的描述对模型改进的作用;为了更好描述Al颗粒在火箭发动机内的燃烧特性,提出了铝颗粒燃烧模型的改进方向以及未来的研究重点。     

燃料组分对含硼富燃料推进剂一次燃烧性能的影响

对含不同金属添加剂(镁、铝及镁铝合金)、不同硼粉粒度及硼粉含量的含硼富燃料推进剂分别进行了爆热(Qv)、燃烧温度(Tf)和成气率(η)测试,对比研究了金属组分对含硼富燃料推进剂燃烧性能的影响。结果表明:镁比铝能提高含硼富燃料推进剂的爆热值、燃烧温度和成气率;镁铝合金比镁更能降低含硼富燃料推进剂爆热及燃烧温度,且提高推进剂燃烧的成气率;当硼粉粒度较粗或较细时,含硼富燃料推进剂的爆热及燃烧温度均较高,而成气率较低,硼粉粒度适中时,推进剂的爆热值及燃烧温度均较低,而成气率较高;硼粉含量增大(氧化剂AP的含量减小),含硼富燃料推进剂的爆热、成气率均降低,而燃烧温度升高。