吸气式无阀脉冲爆震发动机DDT过程数值模拟

为了研究吸气式脉冲爆震发动机缓燃向爆震转变(deflagration to detonation transition,简称DDT)过程的特性,以丙烷和空气为燃料,对吸气式无阀脉冲爆震发动机的DDT过程进行二维数值模拟,并研究了点火能量和点火源数目对DDT过程的影响,分析了点火能量不同导致DDT过程差异的原因。数值模拟结果表明,在DDT过程中,激波以及反射激波的相互作用在爆震波的起爆方面起主导作用;在所模拟的小点火能量范围内,点火能量越高,DDT时间越短,但DDT距离却变化不大;在总点火能量一致的情况下,采用双点火源点火能够缩短DDT距离。     

不同类型射流起爆爆震波特性的数值研究

为了研究不同类型射流对起爆特性的影响,对3种不同类型射流起爆主爆震室中丙烷/空气可燃混合气体的过程进行了数值模拟。结果表明,现有计算条件下,亚声速射流不能在主爆震室中起爆爆震波,而超声速射流和爆震射流能够成功起爆;爆震射流的起爆时间和距离都比超声速热射流的要小;在爆震射流的起爆过程中,爆震射流的形成占用了绝大多数的时间,因此对形成爆震射流这一阶段进行有效的改进将可以减少主爆震管的总起爆时间。     

吸气式脉冲爆震发动机反传数值研究

采用小能量点火方法,对吸气式脉冲爆震发动机的反传现象进行了数值研究。获得了反传现象的形成及传播特性。结果表明,吸气式脉冲爆震发动机的反传可以分为压力反传和燃气反传两部分。两者都是由缓燃和回传爆震引起的,回传爆震占主导作用。反传燃气的影响区域小于反传压力,由于尾部膨胀波的作用,反传燃气在一定位置会停止向上游进气道流动。反传压力会一直向进气道上游传播,并且迫使流道内的流体也向上游流动。等截面流道内反传压力减小的速度较慢,应对进气道进行优化设计。     

爆震频率对脉冲爆震发动机性能影响的试验研究

从影响脉冲爆震发动机爆震频率的因素出发,采用汽油为燃料,空气为氧化剂,研究了爆震频率对脉冲爆震发动机性能的影响。试验测取了各个爆震频率下稳定爆震的化学当量比范围,同时测试了不同工况下的爆震波压力、推力及爆震波速,发现当爆震频率较低时,发动机的工作范围较宽,爆震波压力、波速接近充分发展的理想爆震波,说明已产生了稳定、充分发展的爆震,脉冲爆震发动机的平均推力随着爆震频率的提高接近线性增大;但是随着爆震频率的提高,它的稳定工作范围变窄,爆震的强度降低。     

两相脉冲爆震发动机混合流动特性的数值模拟

脉冲爆震发动机具有众多优点,近来受到广泛的关注和研究。要成功起始爆震首先要解决燃油、空气的喷射与混合问题。本文利用CFD程序分别对切向、轴向和径向供气方式的混合室中油、气的混合流动特性进行了三维数值模拟,结果显示三种供气方式各有优劣。切向进气有助于油气的充分混合,但是油、气分布不均,不利于发动机的高频工作;轴向进气时油、气分布比较均匀,但是油气的混合不够充分,增加发动机爆燃向爆震转变的难度;而径向进气的油气分布、混合程度介于切向与轴向进气之间,能耗较大。     

脉冲爆震发动机引射器的实验研究

实验采用汽油为燃料,压缩空气为氧化剂,对多循环脉冲爆震发动机(PDE)引射器的性能参数进行了实验研究。研究的特性参数包括引射器的冲量、平均推力和引射空气量。实验结果表明引射系统可以利用排出爆震管的强激波所储存的能量使爆震管单独产生的平均推力增加,平均推力增益最高可达38%。爆震频率越高,引射空气量越大,当爆震频率为35Hz时引射比达4.62。     

两相脉冲爆震发动机的燃油喷射、混合及其雾化研究

两相爆震燃烧近来得到了广泛的重视和关注,但在它走向应用之前仍有很多问题需要解决。燃油的喷射、混合和雾化对两相爆震燃烧的影响就是其中之一。本文利用激光喷雾测量仪分别就直射喷嘴与气动喷嘴研究了汽油的喷射雾化与混合雾化,得到了汽油的雾化粒度与供油量、供气量间的关系。利用CFD程序对混合室中油、气的混合特性进行了模拟,结果与试验结果非常吻合。结合脉冲爆震发动机模型机多循环爆震试验,发现汽油的粒度大小对脉冲爆震模型机的油气当量比、燃油填充比有显著的影响。     

脉冲爆震燃烧强化混合过程的实验研究

对脉冲爆震发动机的混合室进行了实验研究．实验针对爆震频率为6Hz、当量比为1的汽油和压缩空气混合气,实验研究了脉冲爆震发动机模型混合室内5种不同扰流螺纹螺距内径比对其性能的影响．实验结果表明,在混合段内加入扰动装置可以大大加强燃料和氧化剂的混合程度．不同扰动螺纹螺距内径比对爆震波的形成有一定的影响,当螺距内径比约为0．77时可以产生稳定的、充分发展的爆震,而且对应的DDT距离较短．     

养护环境对偏高岭土基地聚物性能及微观结构的影响

为了探究养护环境对偏高岭土基地聚物干缩开裂特性和力学性能的影响,以不同养护环境为参数,系统研究了不同养护环境对偏高岭土基地聚物性能(抗压强度、收缩)和微观结构的影响。结果表明：温度交替变化环境(冻融循环)对偏高岭土基地聚物的结构影响较大,不利于偏高岭土基地聚物材料性能的发展;低湿度环境有利于体系中水分子排出,从而使形成的凝胶相更致密,有利于抗压强度的发展,但使干缩率和孔隙率增加。在各种养护环境中,干燥养护(温度(20±0.5)℃,湿度(50±5)%)条件下的试样28 d抗压强度达到73.94 MPa,较标准养护(温度(20±0.5)℃,湿度不低于95%)条件下的试样增长了68.77%,28 d干缩率为237.5×10^-4,孔隙率达到最高(45.73%)。     

两相脉冲爆震发动机头部燃油雾化试验研究

在不同油、气流量下,采用LS-2000激光喷雾粒度分析仪测试了脉冲爆震发动机头部为空心腔体结构、文丘里结构情况下的油滴索太尔平均直径(SMD),并与实验中所采用的直射式喷油嘴雾化结果进行了比较,简要分析了头部几何结构对喷入燃油的二次雾化过程。研究发现,除了喷嘴性能以外,发动机头部几何结构对油滴粒度也具有较为显著的影响,而且设计中应使所采用的喷嘴型式与其相匹配。