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超燃发动机中乙烯点火延迟时间的计算和试验研究

作　者: 王西耀
导　师: 乐嘉陵；郑忠华
学　校: 中国空气动力研究与发展中心
专　业: 飞行器设计
关键词: 点火延迟超燃发动机非稳态
分类号: V235
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 133次
引　用: 1次
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内容摘要

高超声速技术对国防和航空航天都起着重大的作用,对该技术的研究已经引起人类社会的足够重视。高超声速技术研究的重点是超燃冲压发动机和机体/推进一体化技术。目前超燃冲压发动机的研究已经取得了令人鼓舞的成绩,但是仍然有很多问题等待我们去解决,发动机的点火过程就是其中一个。由于点火过程涉及到非稳态,需要对压力、密度、温度、组份等物理量的变化过程有一个详尽的了解,所以在目前技术条件下该问题就变得很棘手。本文将结合计算和试验的方法对超燃发动机的点火延迟时间展开初步研究。全文分为五章。第一章介绍了超燃冲压发动机的应用背景及其基本原理。第二章对计算程序采用的各种控制方程,湍流模型,化学反应动力学模型做了详细的说明,并通过二维超声速凹槽以及二维燃烧室的计算对程序作了初步验证。论文所用程序为CARDC自行研制的大规模并行程序。第三章对发动机的模型、网格的划分、来流状态以及燃料喷射状态作了细致的描述,对计算结果进行了详细的分析。首先分析了发动机冷流状态下的波系、流线以及漩涡,指出该发动机凹槽内的漩涡是其自点火成功的关键。其次对稳定燃烧的热流流场进行了分析,指出了热流状态和冷流状态之间的不同点。第三,在发动机从冷流状态向热流状态的发展过程中,对16个壁面点的压力进行了全程跟踪,其中包括6个凹槽内的点和10个扩张段的点,从这16个点的压力曲线可以看出各个测点的点火延迟时间都在3到4毫秒之间,凹槽内各点的点火过程远比扩张段内的复杂。第四,通过对若干个中间状态的壁面压力分布以及流场的比较,可以初步分析得出流场的发展历程。第四章为试验准备部分。首先对试验设备的原理进行了详尽的描述。其次结合本次试验精度高的特点对各种传感器及其重要的物理特性进行了调研,并在此基础上利用激波管试验和频率分析对几个传感器作了详细的标定,提出了适合本次试验的传感器需求。最后对以前试验中的时间延迟是否影响本次试验结果进行了估计,结果表明,如果对试验模型作适当改进则该延迟可忽略不计。最后在第五章对本论文作了一个回顾,并对以后的工作做了展望和规划。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第一章引言  9-14
  1.1 研究背景  9
  1.2 超燃冲压发动机  9-11
    1.2.1 超燃冲压发动机原理  9-11
    1.2.2 超燃发动机所用燃料  11
  1.3 超燃发动机点火延迟时间  11
  1.4 本文工作  11-14
第二章计算方法  14-28
  2.1 控制方程  14-22
    2.1.1 多组份流动控制方程的选择  14
    2.1.2 流动控制方程  14-16
    2.1.3 热力学模型  16-17
    2.1.4 输运系数  17-19
    2.1.5 湍流模型  19-20
    2.1.6 化学反应源项  20-21
    2.1.7 化学反应动力学模型  21-22
  2.2 程序验证  22-23
    2.2.1 二维超声速凹槽  22
    2.2.2 二维燃烧室  22-23
  2.3 本章小结  23-28
第三章计算结果  28-58
  3.1 模型的计算网格  28
  3.2 来流状态以及燃料喷射状态  28-29
  3.3 计算结果及其分析  29-30
  3.4 燃烧后的流场  30-31
  3.5 各检测点压强变化曲线及其对应的点火延迟时间  31-32
  3.6 燃烧过程中的流场演变  32-36
    3.6.1 0ms 至0.65ms 的流场变化  33
    3.6.2 0.65ms 至1.45ms 的流场变化  33-34
    3.6.3 1.45ms 至2.25ms 的流场变化  34
    3.6.4 2.25ms 至3.05ms 的流场变化  34-35
    3.6.5 3.05ms 至4.35ms 的流场变化  35
    3.6.6 4.35ms 至6.35ms 的流场变化  35
    3.6.7 本节小结  35-36
  3.7 本章总结  36-58
第四章试验方法  58-77
  4.1 试验设备以及工作原理  58-59
  4.2 燃料加注量的估算  59
  4.3 压力传感器  59-62
    4.3.1 电阻式压力传感器和压电式压力传感器  60-61
    4.3.2 压力传感器的动态性能  61-62
  4.4 点火延迟时间的测量分析  62-66
    4.4.1 研究方法简述  62-63
    4.4.2 阶跃信号频谱分析  63
    4.4.3 压力传感器的带宽检测方法  63-65
    4.4.4 检测结果  65-66
    4.4.5 结论  66
  4.5 燃料加注方法的评价与改进  66-67
  4.6 本章小结  67-77
第五章结束语  77-78
  5.1 论文主要工作内容  77
  5.2 以后工作的展望  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-80

超燃发动机中乙烯点火延迟时间的计算和试验研究

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