內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子復(fù)雜波系及火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-06-22 12:12
【摘要】：內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子作為一種新概念燃燒裝置,具有波轉(zhuǎn)子預(yù)增壓和高效等容燃燒的優(yōu)勢(shì),能夠顯著的提高各種發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)械的性能。通過(guò)在特殊環(huán)境下產(chǎn)生的壓縮波、激波等不穩(wěn)定的復(fù)雜波系對(duì)氣流進(jìn)行壓縮實(shí)現(xiàn)預(yù)增壓,同時(shí)采用爆燃或爆震模式實(shí)現(xiàn)高熱力學(xué)循環(huán)效率的等容燃燒。本文以內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子為研究對(duì)象,采用數(shù)值和實(shí)驗(yàn)方法,開(kāi)展了內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子復(fù)雜波與火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯?同時(shí)探討了不同堵塞比擾流片、不同混氣填充速度、不同氮?dú)庀♂尪然鞖�、不同熱射流組分等對(duì)其波與火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊�。主要研究成果如�?(1)針對(duì)燃燒過(guò)程的數(shù)值模擬,采用直接關(guān)系圖法(DGR)、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)假設(shè)法(QSSA)以及敏感性分析法,建立了一種23組分55步基元反應(yīng)的簡(jiǎn)化機(jī)理。分別從乙烯的點(diǎn)火延遲時(shí)間、火焰?zhèn)鞑ニ俣纫约叭紵^(guò)程組分濃度等方面與詳細(xì)機(jī)理進(jìn)行寬條件范圍的對(duì)比驗(yàn)證,驗(yàn)證了簡(jiǎn)化機(jī)理能夠很好的應(yīng)用于乙烯燃燒過(guò)程模擬。(2)通過(guò)分析內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程,建立了三種簡(jiǎn)化內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子計(jì)算模型,具體包括:單通道二維內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子計(jì)算模型、全通道二維內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子計(jì)算模型和全通道三維內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子計(jì)算模型。依據(jù)內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子的流動(dòng)、燃燒特征,確定了可用于內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子工作過(guò)程模擬的計(jì)算方法。(3)詳細(xì)分析了單通道二維內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子波與火焰的相互作用過(guò)程,一般分三個(gè)階段:一是波引領(lǐng)著火焰鋒面加速傳播,二是波撞擊端壁后反射并作用火焰鋒面,三是波繼續(xù)撞擊端壁后反射并追趕火焰鋒面。加入擾流片后波與火焰在第一階段就完成了耦合,隨著擾流片堵塞比的增加波與火焰耦合時(shí)的時(shí)間和距離都在減小。氮?dú)庀♂尪鹊竭_(dá)0.8后,由于燃燒過(guò)程強(qiáng)度在減弱,火焰在第一階段無(wú)法加速至與燃燒波耦合。詳細(xì)分析了全通道二維內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子波與火焰的相互作用過(guò)程,考慮混氣填充過(guò)程后,波與火焰很快的耦合在一起了,然后以爆震波的形態(tài)在波轉(zhuǎn)子通道內(nèi)傳播,待傳播至燃料與空氣分界面處,波與火焰出現(xiàn)了解耦。此后,波撞擊端壁在通道內(nèi)來(lái)回運(yùn)動(dòng),火焰繼續(xù)向前傳播直至將通道內(nèi)預(yù)混氣消耗殆盡�；鞖馓畛渌俣仍龃蠛笤接欣陬A(yù)增壓過(guò)程,但是,混氣填充速度過(guò)大時(shí),會(huì)出現(xiàn)混氣溢出波轉(zhuǎn)子通道的情況,此后,繼續(xù)增加混氣填充速度時(shí),反而不利于之后的點(diǎn)火過(guò)程。詳細(xì)分析了全通道三維內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子波與火焰的相互作用過(guò)程。在此模型下,波與火焰并未能實(shí)現(xiàn)耦合,但是整個(gè)過(guò)程平均火焰?zhèn)鞑ニ俣冗_(dá)到106.6m/s,實(shí)現(xiàn)了快速燃燒模式。排氣密封板打開(kāi),波轉(zhuǎn)子通道內(nèi)的高溫、高壓燃?xì)庀蛲馀懦?會(huì)產(chǎn)生一系列膨脹波,向通道內(nèi)傳播的膨脹波能夠降低通道內(nèi)的壓力和溫度,有利于下個(gè)工作循環(huán)的填充氣過(guò)程。(4)針對(duì)多循環(huán)單通道內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),開(kāi)展了不同堵塞比擾流片對(duì)其壓力增益及火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯?研究結(jié)果表明:擾流片的存在能夠極大的提高波轉(zhuǎn)子通道內(nèi)的壓力波強(qiáng)度,在堵塞比為38.91%時(shí),PT2處壓力峰值相較于沒(méi)有擾流片時(shí)提高了200%。同時(shí)隨著擾流片堵塞比的增加火焰平均傳播速度增加。在Br=38.91%時(shí)能夠獲得最大平均火焰?zhèn)鞑ニ俣?9.173m/s。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK16
【圖文】：
推動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)朝著高性能方向發(fā)展，對(duì)于燃燒室設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，是提高渦輪入口燃?xì)鉁囟�，通常稱這種方法為傳統(tǒng)提高航空發(fā)動(dòng)設(shè)計(jì)新型燃燒室結(jié)構(gòu)，利用高效的等容燃燒模式替換傳統(tǒng)的等壓燒室為新概念燃燒室[4-5]。根據(jù)文獻(xiàn)[6-8]的記載，定容燃燒的熱循定容燃燒的熱循環(huán)效率到達(dá) 49%時(shí)，相同壓氣機(jī)出口和渦輪入口7%。對(duì)于第一個(gè)發(fā)展方向，渦輪入口溫度現(xiàn)階段已經(jīng)發(fā)展到極限制，想要進(jìn)一步提高十分困難，因此，現(xiàn)階段對(duì)第二種方法探索了一系列新概念燃燒室，比如脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子等。子（Internal Combustion Wave Rotor，ICWR）采用高效等容燃燒氣端、波轉(zhuǎn)子通道、排氣端和點(diǎn)火器等。如圖 1.1 所示，波轉(zhuǎn)子構(gòu)，波轉(zhuǎn)子通道與進(jìn)、排氣端之間滑動(dòng)接觸，通常采用滑動(dòng)密封端口，波轉(zhuǎn)子通道通過(guò)軸承固定在軸上。內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子工作時(shí)采用子通道高速旋轉(zhuǎn)，而進(jìn)、排氣端處于靜止?fàn)顟B(tài)，使得進(jìn)、排氣端子通道，產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)波系，實(shí)現(xiàn)能量的交換。在燃料填充波子通道點(diǎn)燃混氣，完成高效等容燃燒過(guò)程，之后排氣端口打開(kāi)完成
內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子復(fù)雜波系及火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯哭D(zhuǎn)子的工作過(guò)程作簡(jiǎn)單的劃分，如圖 1.2 所示，主要包括六個(gè)工作氣端口處于打開(kāi)狀態(tài)、排氣端口處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)，波轉(zhuǎn)子通滿空氣；（II）進(jìn)、排氣端關(guān)閉，熱射流進(jìn)入波轉(zhuǎn)子通道點(diǎn)燃波燃燒過(guò)程；(III)燃燒完成后通道內(nèi)充滿高溫、高壓燃?xì)�，此時(shí)，子通道外，同時(shí)產(chǎn)生一束向波轉(zhuǎn)子通道上游方向傳播的膨脹波；(，此時(shí)，填充空氣，目的是為了隔離上一個(gè)循環(huán)產(chǎn)生的高溫燃?xì)廪D(zhuǎn)子通道進(jìn)、排氣端口均處于打開(kāi)狀態(tài)，進(jìn)氣端口填充預(yù)混氣；然關(guān)閉，此時(shí)，進(jìn)氣端口仍處于打開(kāi)狀態(tài)，在波轉(zhuǎn)子通道排氣端產(chǎn)波轉(zhuǎn)子的預(yù)壓縮過(guò)程。分析內(nèi)燃波轉(zhuǎn)子的工作過(guò)程，有兩個(gè)明顯燒。 【參考文獻(xiàn)】
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本文編號(hào)：2725657
本文鏈接：http://www.sikaile.net/kejilunwen/dongligc/2725657.html
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本文編號(hào)：2725657
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