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煤油点火延时特性及其污染效应的激波管研究

作　者: 梁金虎
导　师: 张胜涛；王苏
学　校: 重庆大学
专　业: 化学
关键词: 点火延时激波管煤油 H2O CO2
分类号: TK16
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

煤油燃烧化学动力学机理研究是近年来超燃研究领域中的热点问题,通过测量煤油在不同燃烧温度、压力状态下的点火延时,可以作为验证燃烧反应机理和简化反应动力学模型的重要依据。通过对煤油点火特性的研究,可以为超燃冲压式发动机燃烧室的设计﹑优化等提供重要的基础数据。激波管是进行燃料点火延时研究的主要实验手段,通过调节入射激波的速度可以获得较大范围的实验温度和压力。本文在较高压力和Ar气低稀释度条件下进行了国产3号航空煤油点火特性及其在污染物H₂O和CO₂存在时对煤油的点火延时特性影响效应的研究。首先,在新建的激波管基础上搭建完成了包括激波管进气系统﹑配气系统﹑真空系统﹑压力测量系统和光谱测量系统的激波管实验装置,在此基础上对新建激波管系统进行了状态调试。通过进行破膜实验获得了本激波管所用不同类型铝膜对应的临界破膜压力,为实验膜片的选择奠定了基础。其次,利用OH自由基在306.5nm处的特征发射光谱的急剧变化作为点火发生的标志,测量了Fuel/O₂/Ar混合气在O₂比例为19.88%和稀释气体Ar比例约为80%时,点火压力分别为5.5﹑11和22atm,化学当量比Φ为0.5﹑1和1.5,温度范围为820¹580K条件下的国产3号航空煤油点火延时特性,分别考察了压力和当量比对国产3号航煤点火延时的影响,拟合获得了国产3号航煤点火延时与温度﹑压力﹑化学当量比﹑燃料浓度﹑氧化剂浓度等参数相关性的拟合公式为:其中,点火延时时间的单位为s,煤油和O₂的浓度为mol/cm3,总压P为atm,Φ为化学当量比,点火活化能的单位为J/mol。最后,在煤油点火延时测量的基础上,分别考察了污染物H₂O和CO₂对煤油点火延时的影响。首先测量了不加污染物时,化学当量比Φ=1.0的煤油在点火压力为3atm时,点火温度为810～1350K内的点火延时数据,随后在加入污染物H₂O为10%和20%以及CO₂为10%（体积比）的情况下,测量了煤油点火延时的变化情况。实验结果发现:CO₂对煤油的点火延时时间基本没有影响;H₂O对煤油点火延时时间的影响存在一个960K的温度临界点,在临界点以上的温度范围内,煤油的点火延时时间不受H₂O的影响,而在临界温度以下,H₂O对煤油的点火有促进作用,表现为煤油点火延时时间的缩短,而且这种促进作用随着点火温度的降低而更加明显。同时发现,这种促进作用随着H₂O加入量的增加,促进效果越来越好。

煤油点火延时特性及其污染效应的激波管研究

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