超细雾化和爆轰配气组织研究

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经过近百年的发展基于等压燃烧方式的燃气涡轮涡扇发动机等的技术已经十分成熟完善,要大幅地提高这些机械的推进热效率已经变得十分困难。爆轰燃烧克服现行等压燃烧带来的工质做功能力下降的固有缺陷,提高其工质在燃烧加热过程中的做功能力,因此爆轰发动机从各种先进推进方式中脱颖而出,受到极大的关注。爆轰推进装置以爆轰方式组织燃烧,燃烧过程近似为等容燃烧。爆轰波是一种激波与燃烧波相互耦合并以超声速传播的燃烧形式,能量释放速率快,其产物具有更高的压力和温度,热力循环效率高,比传统等压燃烧提高近20%。本文基于爆轰燃烧技术,展开对旋转爆轰燃烧的研究,采用柴油作为燃料,依次进行柴油超细雾化、冷态掺混及爆轰流场特性的分析,具体工作如下:1.经过模型验证,采用KH-RT模型对laval雾化喷嘴进行数值模拟研究,在laval喉部喷油基本可以实现柴油的超细雾化(SMD≤10μm),同时发现,增大laval喷管的尺寸可以增强雾化特性,但雾化所需的空气量增加,同时还容易引起回火,燃料垂直喷入到laval喷管中雾化情况最好,适当调小角度可以增加燃料蒸发量。2.采用轴对称非反应计算方法对旋转爆震发动机的不同喷射设计进行定性分析。化学当量比的C10H22和空气被通入到RDE的二维简化模型中,数值模拟发现不带空气进气槽结构最好掺混效果预测点火位置≥60mm,带空气进气槽结构具有更好的的掺混效果,预测点火位置≥20mm。3.对已获得掺混流场进行起爆研究,在掺混边界内或附近均能起爆成功,得到持续的爆轰波结构,爆轰波震面的压力到达2MPa,温度达到3000K。4.采用数值模拟的方法,系统的分析了不同入流总压、入流总温、轴向尺寸及周向尺寸对C10H22-Air爆轰燃烧特性。入流压力对质量流量、峰值压力及出口压力均有很大影响,每增加1atm,质量流量增加近30%。流温度增加会降低爆轰燃烧室的增压特性,温度每增加50K,增压特性降低5%左右。周向尺寸影响爆轰波高度,轴向尺寸选取依赖爆轰波高度。
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