氧—乙炔燃气发生器自由射流场测试及表征
发布时间：2020-12-08 09:44
本论文是在国家自然科学基金（No.51675258）资助下完成。氧-乙炔烧蚀试验方法作为列入国军标的材料考核方法,在热结构材料的性能测试表征中具有权威而广泛的应用。测试含有侵蚀粒子组分的高温复杂氧-乙炔烧蚀流场的精确参数,对考核材料结果的准确性具有关键影响。当前国内外缺乏对含侵蚀粒子的氧-乙炔流场的有效测试手段,这成为本论文研究的主要任务。通过数值仿真和试验研究的方法对氧-乙炔燃气发生器自由射流场的温度、速度及热流密度进行了测试及表征。研究结果加深了对燃气流场的理解,为筛选耐烧蚀/侵蚀的绝热材料提供强有力的数据支持,对固体火箭冲压发动机的优化设计有重要指导意义。通过理论分析指出了氧-乙炔燃气发生器自由射流场测试工作的重点与难点,确定了研究的主要内容。从燃气流场测试的准确性和探究燃气流场的燃烧特性及流动规律出发,结合国军标中提出的烧蚀材料烧蚀试验方法,建立二维数值仿真计算模型,设计并展开氧-乙炔燃气发生器自由射流场的测试试验。主要研究如下:完成了基于自主设计的氧-乙炔燃气发生器的几何模型的构建和氧-乙炔焰多相流的数值仿真计算。计算得到了燃气流场及固相粒子沿运动轨迹的温度、速度分布云图,并...
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高温燃气温度测量方法
2.4.1 燃气发生器几何模型为使仿真计算结果更加接近真实情况，根据自主设计的燃气发生器具体设计仿真边界条件。由于氧-乙炔焰外流场只与燃气发生器出口有关，在设理模型和边界条件时，也只引入了燃气发生器喷嘴。燃气发生器喷嘴的主视图 2-1(a)所示，侧视图如图 2-1(b)所示。如下图所示，将燃气发生器简化为高为 49mm，半径为 10mm 的圆柱；一个高为 0.5mm，半径为(2.5+cos30°)m圆柱；一个高为 0.5mm，上底面为(2.5+cos30°)mm，下底面为 2.5mm 的圆台组外圈的 16 个Φ1mm 小孔为氧-乙炔混合气的入口；内圈的 12 个Φ1mm 小孔气入口，其孔面与竖直方向形成 30°夹角，起到送粉的作用。另外，最外层16 个Φ1mm 氮气入口，可起到保护焰流场和冷却燃气发生器的作用，下图给出，仿真模型中以燃气发生器为中心，内径为 10mm，外径 50mm 的圆环燃气发生器喷气方向提供速度为 1m/s 的流动空气来替代。此处，燃气发生部结构做了简化处理，未做详细介绍。
南昌航空大学硕士学位论文 第 2 章 氧-乙炔焰多相流数值仿真计算2.4.2 计算区域及网格划分以燃气发生器喷嘴和氧-乙炔焰为依据应用 CFD 仿真软件绘制一个50mm×550mm 的矩形区域来建立氧-乙炔焰多相流的物理模型，由于其物理模型是轴对称体，在对氧-乙炔焰多相流场模拟仿真时，可根据对称原理只对其二分之一模型展开研究计算。在氧-乙炔燃烧反应过程中，由于喷嘴出口位置燃烧组分的浓度高和燃烧剧烈导致流场此处的各项参数变化很大，所以对燃气出口、载气出口及周对称等区域的网格进行了加密处理，计算域中心部位的网格远密于边缘的外流场处。该计算模型网格单元总数为 42000，网格面总数为 84000，网格节点总数为 42000，计算区域网格及局部放大示意图如 2-2(a)、(b)所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of the Reynolds number on the mean skin friction decomposition in turbulent channel flows[J]. Yitong FAN,Cheng CHENG,Weipeng LI. Applied Mathematics and Mechanics(English Edition). 2019(03)
[2]湍流热对流DNS多分辨率并行直接求解方法[J]. 包芸,何建超,方明卫. 计算物理. 2019(06)
[3]基于颗粒轨迹的气流式分级机工艺参数优化[J]. 曾云,吴文秀,余丹逵. 石油机械. 2018(11)
[4]基于RANS和LES的汽油、柴油及其掺混燃料压燃燃烧特性数值模拟研究[J]. 王浒,张晓林,郑尊清,闫博文,李彩云. 内燃机工程. 2018(05)
[5]共线双脉冲激光诱导击穿光谱技术检测铝合金中的Cr和Mn[J]. 杨瑞兆,苏雪娇,於有利,周卫东. 强激光与粒子束. 2018(09)
[6]基于光源相对光谱功率分布的颜色真值获取方法[J]. 王红,杨建峰,薛彬,宋延松,解培月. 光谱学与光谱分析. 2018(03)
[7]基于红外探测的新型热流密度传感器设计[J]. 姜韬,孔德仁,郭雨岩. 国外电子测量技术. 2017(11)
[8]二维多相反应流的欧拉数值方法[J]. 刘晶晶,曾现洋,倪国喜. 计算物理. 2018(01)
[9]接触式测温技术综述[J]. 谢清俊,罗犟,程爽. 中国仪器仪表. 2017(08)
[10]基于亚历山大效应测量固体火箭发动机燃气温度[J]. 胡松启,陈静,刘凯,黄洪勇. 含能材料. 2015(01)
博士论文
[1]爆炸体系瞬态温度实时诊断[D]. 周学铁.南京理工大学 2009
[2]激光光谱诊断技术及其在发动机燃烧研究中的应用[D]. 李麦亮.国防科学技术大学 2004
[3]固体推进剂火焰温度分布测量[D]. 朱曙光.清华大学 2003
硕士论文
[1]基于CIELAB颜色空间的色差公式参数因子优化研究[D]. 王建刚.曲阜师范大学 2014
[2]一种合成燃料油的实验研究和燃烧过程数值模拟[D]. 匡中付.中南大学 2011
[3]PIV测试中示踪粒子性能的研究[D]. 赵宇.大连理工大学 2004
本文编号：2904883
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高温燃气温度测量方法
2.4.1 燃气发生器几何模型为使仿真计算结果更加接近真实情况，根据自主设计的燃气发生器具体设计仿真边界条件。由于氧-乙炔焰外流场只与燃气发生器出口有关，在设理模型和边界条件时，也只引入了燃气发生器喷嘴。燃气发生器喷嘴的主视图 2-1(a)所示，侧视图如图 2-1(b)所示。如下图所示，将燃气发生器简化为高为 49mm，半径为 10mm 的圆柱；一个高为 0.5mm，半径为(2.5+cos30°)m圆柱；一个高为 0.5mm，上底面为(2.5+cos30°)mm，下底面为 2.5mm 的圆台组外圈的 16 个Φ1mm 小孔为氧-乙炔混合气的入口；内圈的 12 个Φ1mm 小孔气入口，其孔面与竖直方向形成 30°夹角，起到送粉的作用。另外，最外层16 个Φ1mm 氮气入口，可起到保护焰流场和冷却燃气发生器的作用，下图给出，仿真模型中以燃气发生器为中心，内径为 10mm，外径 50mm 的圆环燃气发生器喷气方向提供速度为 1m/s 的流动空气来替代。此处，燃气发生部结构做了简化处理，未做详细介绍。
南昌航空大学硕士学位论文 第 2 章 氧-乙炔焰多相流数值仿真计算2.4.2 计算区域及网格划分以燃气发生器喷嘴和氧-乙炔焰为依据应用 CFD 仿真软件绘制一个50mm×550mm 的矩形区域来建立氧-乙炔焰多相流的物理模型，由于其物理模型是轴对称体，在对氧-乙炔焰多相流场模拟仿真时，可根据对称原理只对其二分之一模型展开研究计算。在氧-乙炔燃烧反应过程中，由于喷嘴出口位置燃烧组分的浓度高和燃烧剧烈导致流场此处的各项参数变化很大，所以对燃气出口、载气出口及周对称等区域的网格进行了加密处理，计算域中心部位的网格远密于边缘的外流场处。该计算模型网格单元总数为 42000，网格面总数为 84000，网格节点总数为 42000，计算区域网格及局部放大示意图如 2-2(a)、(b)所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of the Reynolds number on the mean skin friction decomposition in turbulent channel flows[J]. Yitong FAN,Cheng CHENG,Weipeng LI. Applied Mathematics and Mechanics(English Edition). 2019(03)
[2]湍流热对流DNS多分辨率并行直接求解方法[J]. 包芸,何建超,方明卫. 计算物理. 2019(06)
[3]基于颗粒轨迹的气流式分级机工艺参数优化[J]. 曾云,吴文秀,余丹逵. 石油机械. 2018(11)
[4]基于RANS和LES的汽油、柴油及其掺混燃料压燃燃烧特性数值模拟研究[J]. 王浒,张晓林,郑尊清,闫博文,李彩云. 内燃机工程. 2018(05)
[5]共线双脉冲激光诱导击穿光谱技术检测铝合金中的Cr和Mn[J]. 杨瑞兆,苏雪娇,於有利,周卫东. 强激光与粒子束. 2018(09)
[6]基于光源相对光谱功率分布的颜色真值获取方法[J]. 王红,杨建峰,薛彬,宋延松,解培月. 光谱学与光谱分析. 2018(03)
[7]基于红外探测的新型热流密度传感器设计[J]. 姜韬,孔德仁,郭雨岩. 国外电子测量技术. 2017(11)
[8]二维多相反应流的欧拉数值方法[J]. 刘晶晶,曾现洋,倪国喜. 计算物理. 2018(01)
[9]接触式测温技术综述[J]. 谢清俊,罗犟,程爽. 中国仪器仪表. 2017(08)
[10]基于亚历山大效应测量固体火箭发动机燃气温度[J]. 胡松启,陈静,刘凯,黄洪勇. 含能材料. 2015(01)
博士论文
[1]爆炸体系瞬态温度实时诊断[D]. 周学铁.南京理工大学 2009
[2]激光光谱诊断技术及其在发动机燃烧研究中的应用[D]. 李麦亮.国防科学技术大学 2004
[3]固体推进剂火焰温度分布测量[D]. 朱曙光.清华大学 2003
硕士论文
[1]基于CIELAB颜色空间的色差公式参数因子优化研究[D]. 王建刚.曲阜师范大学 2014
[2]一种合成燃料油的实验研究和燃烧过程数值模拟[D]. 匡中付.中南大学 2011
[3]PIV测试中示踪粒子性能的研究[D]. 赵宇.大连理工大学 2004
本文编号：2904883
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