国产RP-3航空煤油着火与燃烧特性的实验与数值研究

【摘要】：近年来,如何提高航空发动机主燃烧室燃烧效率、改善燃料燃烧和降低对大气环境的污染成了人们研究的热点。在国家自然科学基金(51376133)的资助下,本文系统地开展了国产RP-3航空煤油的着火和燃烧特性试验和数值研究。完成了以下工作：1.较为系统地总结了国内外航空燃料及表征燃料的着火和燃烧特性、表征燃料燃烧反应机理构建与验证、主燃烧室模拟计算研究现状。对航空燃料及相应的表征燃料,国外已构建较为完善的着火和燃烧特性实验数据库,提出与发展了单组分、双组分和多组分航空煤油表征燃料化学反应机理,并应用于主燃烧室模拟,给出了较为可靠的分析和预测。国产RP-3航空煤油与国外燃料构成有一定差异,基础燃烧特性实验研究较为缺乏,亟需开展RP-3航空煤油实验研究,以指导航空发动机燃烧室的设计与改进。2.利用化学激波管和定容弹实验装置对RP-3航空煤油的着火和燃烧特性等进行了实验测量。分析了初始压力、着火温度、当量比和燃料体积分数等参数对航空煤油着火延迟期的影响,并拟合了RP-3航空煤油着火延迟时间Arrhenius形式关系式,RP-3与JP-10着火延迟期的拟合公式的各参数影响因子几乎一致。通过处理纹影图片,获得了拉伸火焰传播速率、拉伸率、马克斯坦长度、无拉伸层流火焰传播速率和层流燃烧速率等层流燃烧特性。当量比和压力对燃料燃烧特性影响较大。3.以RP-3航空煤油的着火和燃烧特性为依据,利用Honnet机理对着火延迟特性和燃烧特性进行温度和当量比的敏感性分析,最终形成了半详细的RP-3反应机理(150种组份,591个反应机理)。该机理较好的体现出不同工况下RP-3航空煤油的着火延迟和燃烧特性,与实验值吻合较好。通过燃烧反应机理进行反应路径、敏感性和生成速率分析,得到RP-3航空煤油简化反应机理(50种组份,118个反应机理),并进行了验证。4.通过耦合RP-3航空煤油燃烧简化反应机理与CFD计算,得到了环管燃烧室的流场、温度场,以及燃烧过程中的中间产物、排放物生成和活性组分等浓度场,并得到了氮氧化物排放。火焰筒头部存在两个明显的回流区,有很好的稳燃作用,其后存在滞止区；随着出口段截面收缩,燃烧室出口流速约为120m/s,具有较强的做功能力。火焰筒头部温度场平均约为1300K左右,在主燃孔截面达到最高,在掺混孔截面燃料已完全燃烧,这符合燃烧室放热规律。之后随气膜空气的进入掺混而逐渐下降,燃烧室出口平均温度为1265K,接近燃烧室出口设计温度；出口温度径向分布系数符合涡轮进口规律。 【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V312

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