爆轰发动机柴油超细雾化喷嘴的数值分析与试验研究

发布时间：2020-11-08 12:08

　　 爆轰发动机是一种新概念发动机,具有燃烧效率高,污染排放少的优点,在许多领域有广阔的应用空间。但是要将爆轰技术成功应用还面临很多问题。目前绝大多数爆轰试验都使用可燃气体作为燃料,使用液体燃料很难实现爆轰。使用液体燃料进行爆轰的主要难点之一是燃料雾化问题。爆轰波在燃烧室中传播速度高达数马赫,燃料喷射系统必须要在几毫秒之内完成燃料的雾化、蒸发及掺混。为了燃料更快速的蒸发及掺混,雾化后的液滴直径必须要达到微米级。本文首先通过理论分析,数值计算的方式确定了一种最适合爆轰发动机使用的雾化模型,然后对这种雾化模型影响雾化效果的多种因素进行数值计算,用单因素的方法分析各个因素对雾化效果的影响规律。之后通过正交试验综合考虑各种因素的共同作用进行优化,确定最佳参数组合。根据现有雾化模型的雾化原理设计喷嘴结构,并且搭建试验台进行试验研究。本文的主要研究内容如下:(1)综述了爆轰理论、爆轰发动机及雾化理论的发展现状,明确了柴油爆轰发动机燃料雾化系统需要满足的条件。综述了Fluent中的计算理论。分析了常用的几种雾化模型工作原理、雾化特点及适用范围。(2)通过Fluent数值计算确定最优雾化模型,计算喷嘴气路直径、来流速度、流场压力、流场温度、喷射角度、柴油供油速度单独作用时对雾化质量的影响以及液滴直径分布,分析影响规律。(3)通过正交试验对数值计算得到的结果进行统计分析。分别在6个因素的计算结果中选择具有代表性的值构建6因素5水平的正交试验表。根据正交试验表中的因素水平组合,进行25次数值计算,分析各个因素共同作用时对雾化效果影响趋势,确定最优参数组合。(4)根据最优雾化模型的雾化原理设计喷嘴结构并搭建雾化试验台,根据参数进行设备选型,在雾化试验台上进行喷嘴雾化试验。通过试验结果验证喷嘴雾化质量能否达到要求以及计算模型的可靠性。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK401
【部分图文】：

南京航空航天大学，中科院力学研究大学[26]等，关于旋转爆轰技术的研究较少，对适用几乎没有研究。因此，研究适用于液体燃料旋转爆际意义。的发展的发展便被发现。十九世纪末，Chapman[27]和 Jouguet[28对爆轰波传播方式做了一定简化的基础上，分别提波传播过程，这就是 CJ 爆轰理论。联的 Zeldovich[29]，1942 年美国的 Von Neumann[30立地对 CJ 理论进行改进，提出了爆轰的 ZND 模型 年代，通过爆轰实验中对爆轰波的不断研究，发现阵面具有复杂的三维结构，图 1.1 为爆轰波胞格结

转爆轰数值模拟计算，根据计算结果深入分析了旋转爆轰波的自持传播机理。avidenko[47]等人在二维欧拉方程的基础上，对旋转爆轰发动机燃烧室中的流场进行了拟。Hishida[48]等人利用简化后的二维简单化学反应模型对旋转爆轰进行计算，得到了够稳定传播的爆轰波并且研究了爆轰波所形成的流场结构。Yi[49]等人建立了三维计算型，比较了单波与双波旋转爆轰情况下爆轰发动机动力输出的区别。Yamada[50-51]等人要研究爆轰发动机中旋转爆轰的爆轰极限，经过对大量计算结果的总结与分析，得到爆轰阈值下限与燃烧室大小有关，而爆轰阈值上限与燃烧室大小无关的结论。raun[52-53]等人在建立了燃烧室进气端面大小不变的二维旋转爆轰模型的基础上，探索爆轰波在燃烧室中的传播方式。如图 1.2（a）和图 1.2（b）所示，旋转爆轰波在圆环燃烧室中是绕燃烧室旋转传播的。燃料喷嘴在圆环形燃烧室一端均布，将燃烧剂和氧剂依次沿燃烧室轴线方向喷入燃烧室，点火之后旋转爆轰波波前沿燃烧室周向高速旋传播，顺次点燃喷嘴喷射的可燃混合物，高温高压燃气在同轴环形燃烧室高速旋转传，从喷管喷出做功。

常生活中非常常见，在许多方面都有应用。雾化通，变成液膜或者很细的射流。当液膜和射流喷出雾发生失稳，进而导致液膜破碎或射流断裂成为液滴成大量液滴，从而极大增加原有液体的表面积。燃，能够加强传热传质过程[57]。燃油雾化后与空气混果的好坏，对燃烧性能有非常大的影响，直接决定了通常所说的喷嘴，能够将液体雾化成液滴主要有两质之间产生相对运动；二是利用特殊结构将液体延要就是通过上述两种方式将连续液体离散为大量液方式：射流破碎与液膜破碎[61-66]。发现射流破碎现象，并提出了相关理论，图 1.3 为
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本文编号：2874761