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扇形截面爆震管内爆震波特性研究及产物分析

作　者: 占欢
导　师: 范育新
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 环境工程
关键词: 扇形截面爆震管爆震波数值模拟反应机理污染物
分类号: V231.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 17次
引　用: 1次
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内容摘要

为了提高多管脉冲爆震发动机的容积利用率,提高PDE的性能,采用扇形截面爆震管。但扇形截面的爆震管相比于圆形截面爆震管,其爆震波触发和传播特性都发生了变化。为了能摸清扇形PDE的工作特性,本文建立了三维扇形爆震管计算模型,利用适合的氢氧多步反应机理、系统研究了扇形爆震管内不同燃料、不同结构下的爆震波特性,得到了如下研究结果:首先,扇形截面爆震管内的爆震波的推进过程是一个由下弧面到上弧面、最后稳定在中间的一个倾斜状态;其次,不同扇形截面结构(不同宽高比和弧度角)会影响爆震波的触发和传播特性,通过结构对比,获得了一个在外半径为17.4mm情况下,宽高比为2.1,弧度角为45°的扇形截面的优化结构;第三,不同结构的障碍物(钝体)也对扇形爆震管内的爆震波特性产生明显影响,存在一个最佳障碍物结构;第四,由于爆震波传播速度很快,在单次爆震中辐射对爆震特性的影响很小,但气体与壁面之间的辐射换热会影响爆震管内的温度分布;第五,通过对扇形爆震管内产物成分分析与对比,发现在燃烧产物中,主要氮氧化物为NO,主要污染物是CO、NO,而在未燃混气中主要污染物是N2O。研究结果为多管PDE的工程应用提供了较强的理论基础和技术支持。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-21
  1.1 课题研究背景及意义  12-13
  1.2 脉冲爆震发动机的发展历史和研究现状  13-17
    1.2.1 试验研究  14-16
    1.2.2 数值研究  16-17
  1.3 爆震波的结构和形成  17-20
    1.3.1 爆震波的ZND 结构  17-18
    1.3.2 爆震波的形成  18-20
  1.4 本文的主要研究内容  20-21
第二章数值方法  21-26
  2.1 基本假设  21
  2.2 数学模型  21-26
    2.2.1 控制方程  21-22
    2.2.2 湍流模型  22-24
    2.2.3 化学反应模型  24-25
    2.2.4 求解方法  25-26
第三章扇形截面爆震管内爆震波特性数值模拟研究  26-54
  3.1 三维数值计算方法的验证  26-29
    3.1.1 计算物理模型、边界条件设定和求解方法  26
    3.1.2 网格划分和流场初始化  26-27
    3.1.3 网格尺寸对爆震波特性的影响分析  27-29
  3.2 不同氢氧化学反应机理的爆震波特性  29-31
    3.2.1 不同氢氧反应机理计算的初始条件  29
    3.2.2 不同氢氧化学反应机理对爆震波特性的影响  29-31
  3.3 扇形爆震管内爆震波的特性研究  31-41
    3.3.1 计算模型、网格和计算条件  31-32
    3.3.2 扇形管的计算值与试验值的对比  32
    3.3.3 对称面上爆震波特性分析  32-35
    3.3.4 上弧面、下弧面、与侧壁面上的压力、OH 原子团的质量分数分布  35-37
    3.3.5 不同时刻爆震波所处截面的压力、温度、OH 原子团的质量分数分布  37-40
    3.3.6 不同时刻对称面、上弧面、侧壁面、下弧面及中心轴线压力峰值和爆震波速度比较  40-41
  3.4 扇形截面结构变化对爆震波特性的影响研究  41-45
    3.4.1 计算物理模型及计算条件  41-42
    3.4.2 不同宽高比和弧度的扇形截面结构的爆震波特性分析  42-45
  3.5 扇形管内不同钝体结构对爆震波特性的影响  45-50
    3.5.1 计算物理模型及结构  45
    3.5.2 不同钝体结构下爆震波触发特性对比  45-47
    3.5.3 不同钝体结构对爆震波特性的影响和区别  47-50
  3.6 扇形管内氢氧爆震污染物分析  50-52
    3.6.1 两种不同反应机理爆震波特性比较  50-51
    3.6.2 扇形管内对称面中心上氮氧化物浓度分析  51-52
  3.7 本章小结  52-54
第四章扇形管内煤油爆震特性研究  54-61
  4.1 煤油替代物的选取  54-55
  4.2 煤油替代物的计算方法和物理模型  55
  4.3 扇形管内煤油的爆震特性分析  55-58
    4.3.1 扇形管内煤油爆震计算值与理论值比较  55-57
    4.3.2 扇形管内煤油爆震的温度分布  57-58
  4.4 扇形管内煤油爆震污染物分析  58-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章总结和展望  61-62
  5.1 主要研究结论  61
  5.2 研究工作的展望  61-62
参考文献  62-68
致谢  68-69
在学期间的研究成果及发表的学术论文  69-70
附录：化学反应模型  70-72

扇形截面爆震管内爆震波特性研究及产物分析

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