基于布雷頓循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)達(dá)到了非常高的熱動(dòng)力學(xué)效率,進(jìn)一步提高循環(huán)熱效率需要付出高昂的代價(jià)。從突破傳統(tǒng)布雷頓循環(huán)等壓燃燒熱力過(guò)程的角度出發(fā),爆轟燃燒技術(shù)為提高船用燃?xì)廨啓C(jī)性能提供了有效途徑。船用動(dòng)力系統(tǒng)多用于液態(tài)燃料,然而,目前對(duì)液態(tài)燃料連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒技術(shù)的研究還不夠成熟,液態(tài)燃料的超細(xì)霧化以及氣液兩相摻混等成為當(dāng)前亟需解決的工程問(wèn)題。因此,本文探索適用于柴油-空氣燃料爆轟燃燒的超細(xì)霧化方法,為實(shí)現(xiàn)液態(tài)燃料連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒船用燃?xì)廨啓C(jī)的工程應(yīng)用提供技術(shù)支撐。本文針對(duì)出口截面半高度為13mm、出口馬赫數(shù)為2的拉法爾霧化噴管進(jìn)行數(shù)值模擬研究,其研究過(guò)程利用多相流理論,結(jié)合拉格朗日粒子追蹤法和界面追蹤法以及二者的耦合計(jì)算方法,使用RNG湍流模型,并考慮粒子重力的影響。在滿足連續(xù)連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室內(nèi)霧滴群不發(fā)生慣性分離條件下,歸納出了符合技術(shù)指標(biāo)的最佳霧化方案。本文的主要研究工作如下:(1)根據(jù)已知的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,建立了適用于超聲速橫向射流霧化研究的二次霧化模型,發(fā)現(xiàn)KHRT和WAVE二次霧化模型對(duì)穿透深度的模擬結(jié)果更接近于PDPA的測(cè)量結(jié)果,KHRT霧化模型對(duì)霧滴群的索特爾平均直徑(SMD)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差在11%左右。(2)研究了液滴、液柱在不同馬赫數(shù)來(lái)流氣體條件下的變形、運(yùn)動(dòng)、界面失穩(wěn)等過(guò)程,發(fā)現(xiàn)VOF模型可顯示母液滴的剪切破碎及爆炸破碎過(guò)程,但是對(duì)于液柱表面的尖釘結(jié)構(gòu)及混合區(qū)的捕捉效果不是理想。此外,研究發(fā)現(xiàn)在聲速條件下,水橫向射流的穿透深度隨著動(dòng)壓比的增加而升高。(3)根據(jù)柴油燃料的爆轟胞格尺寸確定了連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室的環(huán)縫寬度為26mm,設(shè)計(jì)了出口半高度為13mm、馬赫數(shù)為2的拉法爾噴管;在拉法爾噴管喉部橫向射流下,確定了最佳噴射位置,在喉部、環(huán)槽0.1mm橫向噴射時(shí),噴管出口霧滴群的平均SMD為4.2μm,氣溶膠達(dá)到穩(wěn)定性位置在x/d=200。同樣條件下在圓弧右端點(diǎn)P噴射時(shí),霧滴群的平均SMD為8.18μm,氣溶膠達(dá)到穩(wěn)定性位置在x/d=100;在喉部、環(huán)槽0.1mm橫向噴射時(shí),結(jié)合界面追蹤法與拉格朗日粒子追蹤法耦合計(jì)算方法對(duì)噴管進(jìn)行二維數(shù)值模擬研究,可顯示液體射流的一次霧化和二次霧化過(guò)程,噴管出口霧滴群的SMD為5.03μm,并且氣溶膠達(dá)到穩(wěn)定性位置在x/d=50(即距離噴射位置5mm)。確定了燃料在噴管內(nèi)部駐留時(shí)間為181μs。(4)確定了霧滴群在連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室內(nèi)不發(fā)生慣性分離的最大SMD為6μm;進(jìn)而探究了來(lái)流氣體物性參數(shù)、噴嘴幾何結(jié)構(gòu)及氣液比對(duì)霧化性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):來(lái)流氣體溫度對(duì)噴嘴霧化性能的影響不大,當(dāng)量比小于2.5時(shí),噴嘴霧化性能滿足預(yù)計(jì)霧化指標(biāo)。(5)在噴嘴的變工況霧化性能分析中,進(jìn)氣壓力分別為4bar、5bar工況下,該噴嘴滿足設(shè)計(jì)要求,進(jìn)氣壓力3bar工況時(shí)不滿足;在進(jìn)口壓力4bar,溫度497.5K,當(dāng)量比為1條件下,新型拉法爾噴管出口速度在500-800m/s之間,平均速度為734.12m/s,Ma為1.64,出口當(dāng)量比分布在0.5-1.2之間,平均當(dāng)量比為0.75。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TQ511.1
【部分圖文】：

式中，Ｒｅ、Ｗｅｂｅｒ是雷諾數(shù)與韋伯?dāng)?shù)，是噴嘴直徑，盡管直射式噴嘴擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，逡逑結(jié)實(shí)耐用，流動(dòng)損失小等優(yōu)點(diǎn)，但是其霧化質(zhì)量較差。逡逑２、壓力旋流霧化噴嘴，也稱作簡(jiǎn)單離心式噴嘴，顧名思義，它是利用較高的液態(tài)燃逡逑料壓力差驅(qū)使燃油在噴嘴處產(chǎn)生油膜進(jìn)而發(fā)生霧化，在噴嘴內(nèi)部液態(tài)燃料要經(jīng)過(guò)旋流件逡逑進(jìn)而發(fā)生高速旋轉(zhuǎn)，隨后經(jīng)過(guò)一個(gè)漸縮通道對(duì)燃油進(jìn)行加速，目的是利用液體在噴嘴出逡逑口處與空氣產(chǎn)生高速的速度差進(jìn)而發(fā)生破碎、霧化。氣旋流件與壓力差對(duì)燃油的霧化性逡逑能影響甚大，因此在做試驗(yàn)時(shí)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的要求很高。２００９年，北京理工大學(xué)姜磊等人逡逑利用壓力霧化噴嘴對(duì)生物柴油進(jìn)行試驗(yàn)與數(shù)值模擬，相同工況條件下的生物柴油（Ｂ１００）逡逑和柴油（Ｄ）噴霧特性的索特爾平均直徑（ＳＭＤ）比較如圖１．２所示。噴孔直徑０．２８ｍｍ，逡逑噴油壓力７０ＭＰａ，壓力背景壓力１．７ＭＰａ的條件下，數(shù)值模擬采用ＫＨＲＴ霧化模型，使逡逑數(shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)很好的吻合，索特爾平均直徑（ＳＭＤ）在１０（＿ｕｒｉ以下。２０１４年，沈逡逑陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司李明等人［２（）］對(duì)航機(jī)艦改的壓力霧化噴嘴進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，在副逡逑油路單獨(dú)工作條件下，對(duì)航空煤油和輕柴油均能霧化到２５邋Ｐｍ以內(nèi)，試驗(yàn)噴嘴結(jié)構(gòu)圖及逡逑簡(jiǎn)圖如圖１．３。逡逑

式中，Ｒｅ、Ｗｅｂｅｒ是雷諾數(shù)與韋伯?dāng)?shù)，是噴嘴直徑，盡管直射式噴嘴擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，逡逑結(jié)實(shí)耐用，流動(dòng)損失小等優(yōu)點(diǎn)，但是其霧化質(zhì)量較差。逡逑２、壓力旋流霧化噴嘴，也稱作簡(jiǎn)單離心式噴嘴，顧名思義，它是利用較高的液態(tài)燃逡逑料壓力差驅(qū)使燃油在噴嘴處產(chǎn)生油膜進(jìn)而發(fā)生霧化，在噴嘴內(nèi)部液態(tài)燃料要經(jīng)過(guò)旋流件逡逑進(jìn)而發(fā)生高速旋轉(zhuǎn)，隨后經(jīng)過(guò)一個(gè)漸縮通道對(duì)燃油進(jìn)行加速，目的是利用液體在噴嘴出逡逑口處與空氣產(chǎn)生高速的速度差進(jìn)而發(fā)生破碎、霧化。氣旋流件與壓力差對(duì)燃油的霧化性逡逑能影響甚大，因此在做試驗(yàn)時(shí)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的要求很高。２００９年，北京理工大學(xué)姜磊等人逡逑利用壓力霧化噴嘴對(duì)生物柴油進(jìn)行試驗(yàn)與數(shù)值模擬，相同工況條件下的生物柴油（Ｂ１００）逡逑和柴油（Ｄ）噴霧特性的索特爾平均直徑（ＳＭＤ）比較如圖１．２所示。噴孔直徑０．２８ｍｍ，逡逑噴油壓力７０ＭＰａ，壓力背景壓力１．７ＭＰａ的條件下，數(shù)值模擬采用ＫＨＲＴ霧化模型，使逡逑數(shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)很好的吻合，索特爾平均直徑（ＳＭＤ）在１０（＿ｕｒｉ以下。２０１４年，沈逡逑陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司李明等人［２（）］對(duì)航機(jī)艦改的壓力霧化噴嘴進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，在副逡逑油路單獨(dú)工作條件下，對(duì)航空煤油和輕柴油均能霧化到２５邋Ｐｍ以內(nèi)，試驗(yàn)噴嘴結(jié)構(gòu)圖及逡逑簡(jiǎn)圖如圖１．３。逡逑

能霧化固體工質(zhì)，霧化工質(zhì)可借助來(lái)流氣體（亞聲速或者超聲速）的橫向射流和同軸射逡逑流兩種形式，目前對(duì)空氣霧化噴嘴的研宄十分廣泛。其研究形式多種多樣，試驗(yàn)研宄，逡逑數(shù)值模擬中也有界面追中發(fā)和拉格朗日粒子非穩(wěn)態(tài)追蹤法兩種，ｆｏｒｔｒａｍ編程，ｏｐｅｎｆｏｒｍ－逡逑Ｌｉｎｕｘ等。超細(xì)霧化是指粒子平均直徑在２０－４０，之間的顆粒群，亞聲速氣流的空氣霧逡逑化噴嘴大多數(shù)是可以達(dá)到次要求的，２００３年至今，北京航空航天大學(xué)一直在對(duì)空氣霧逡逑化噴嘴進(jìn)行相關(guān)研究。２００３年，安輝等人設(shè)計(jì)了一種內(nèi)混式氣動(dòng)霧化噴嘴如圖１．４所逡逑示，并對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)研[�，栽彥气压�

本文編號(hào)：2829067