基于等离子体射流作用下扩散火焰传播及稳定特性研究
发布时间：2022-01-04 11:58
由于超燃冲压发动机在高马赫数下的优良性能,成为高超声速飞行器推进系统的首选。超燃冲压发动机让气流以超声速进入燃烧室,并在超声速环境下组织燃烧,燃烧室气流流速快,燃料驻留时间短（只有毫秒量级）,使得扩散火焰传播及稳定燃烧成为超声速燃烧的关键问题。目前,光壁面中心点火技术、中心/支板组合供油技术及等离子体点火技术均被证实能够强化点火或增强燃烧稳定性。因而本文基于上述超燃冲压发动机燃烧室运用地面试验及数值模拟两种方式开展了以下几个方面的研究工作:利用地面试验及数值模拟仿真技术研究了等离子体强化超声速点火的火焰传播特性。基于动态学视角对超声速等离子体点火火焰的传播及稳定过程提出了一组反馈放大机制,确定了为成功构建起该反馈机制所必需的条件。通过对冷流场的仿真计算,确定了燃烧前流场为成功点火及稳定燃烧所提供的有利条件。通过改变供油量探讨了影响超声速等离子体点火扩散火焰传播及稳定性的主要因素。结果显示,燃油量有下限,燃油量过小时中心火核强度过低无法实现稳定燃烧。利用地面试验及数值模拟仿真技术研究了燃烧室长度对等离子体强化超声速点火的火焰稳定的影响。通过对不同长度的燃烧室进行地面点火及稳定燃烧试验并进...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
工程应用等离子体点火器[5]
图1-1 工程应用等离子体点火器[5]图1-2 可动石里阴极同轴等离子体发生器[8]俄罗斯在 90 年代进行了低温等离子体点火及稳定燃烧的研究。在冷炉下排喷燃器中进行上述煤粉点火系列试验，当等离子体发生器功率大于火炬稳定燃烧工况下功率 25%时, 空气煤粉混和物着火，而且在关闭点火喷燃器时可以观察到灼热的煤粉火炬[16]，点火喷燃器如图 1-2。研究了负荷降低到锅炉额定负荷 75~50%时,等离子体稳定煤粉火炬的燃烧,在蒸汽负荷70~80t/ h时, 燃用重油0.14k g/ s可保证火炬燃烧的稳定性。当投入等离子体点火后, 重油量降低
- 5 -a）参考燃烧器 b）修改燃烧器图1-3 火焰侧面图图1-4 纳秒脉冲放电下等离子体激励甲烷氧化动力学实验装置为了研究等离子体在纳秒脉冲放电下激励甲烷氧化动力学以及其对火焰熄灭边界的影响，Wenting Sun 在 2011 年进行了相关实验及仿真研究，其中实验装置如图 1-4 所示[19-20]。图 1-5 给出了相应的实验结果，从实验结果可以看出非平衡态等离子体加速氧化了 CH4进而使热量释放速率加快，最终是熄火极限得到拓展。a) 无脉冲 b) 5kHz c) 10kHz d) 20kHz e) 40kHz图1-5 不同频率脉冲对火焰的影响1.2.1
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体火箭超燃冲压发动机燃烧室初步实验研究（英文）[J]. Zhong LV,Zhi-xun XIA,Bing LIU,Li-ya HUANG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2017(02)
[2]等离子体强化燃烧的目前研究进展[J]. 何立明,刘兴建,赵兵兵,金涛,于锦禄,曾昊. 航空动力学报. 2016(07)
[3]低温等离子体放电区长度对点火起爆的影响[J]. 郭晓晶,郑殿峰,于勇,张会强. 航空动力学报. 2016(06)
[4]航空发动机电点火系统现状与发展趋势[J]. 李奕新,谭航,杨水银. 燃气涡轮试验与研究. 2015(06)
[5]超声速燃烧火焰稳定技术及其发展综述[J]. 李宁,李旭昌,张涵,白君丽. 飞航导弹. 2014(05)
[6]氩气/空气等离子体助燃激励器的实验研究[J]. 杜宏亮,何立明,丁伟,赵兵兵,王峰. 光谱学与光谱分析. 2012(02)
[7]超声速混合层混合LES/RANS模拟[J]. 晏至辉,刘卫东,范周琴. 弹箭与制导学报. 2011(06)
[8]烧蚀支板对超燃冲压发动机燃烧室性能的影响[J]. 李海军,郭印诚,伍智超. 工程热物理学报. 2011(08)
[9]超燃冲压发动机支板喷射燃料的燃烧过程试验[J]. 刘世杰,潘余,刘卫东. 航空动力学报. 2009(01)
[10]等离子点火燃烧器的原理及在珠海电厂的应用[J]. 李莹莹,笪耀东. 中国特种设备安全. 2007(02)
博士论文
[1]光壁面超声速燃烧室点火及火焰稳定研究[D]. 胡吉超.哈尔滨工业大学 2014
[2]基于凹腔火焰稳定器的亚燃冲压发动机燃烧室点火过程研究[D]. 李庆.国防科学技术大学 2010
硕士论文
[1]超燃冲压发动机燃烧室壁面再生冷却研究[D]. 袁鑫.沈阳航空航天大学 2017
[2]磁流体加速的机理研究和实验系统设计[D]. 李楠.哈尔滨工业大学 2014
[3]超燃冲压发动机燃烧室内流动与燃烧的数值模拟[D]. 鲁阳.浙江大学 2014
[4]基于凹腔—支板火焰稳定器的超声速燃烧室实验与数值模拟研究[D]. 赵延辉.国防科学技术大学 2011
[5]射流等离子体作用下火焰特性及稳定性的实验研究[D]. 罗昌金.哈尔滨工业大学 2010
[6]高速流动下基于凹腔的火焰稳定技术研究[D]. 杨益.华中科技大学 2009
[7]高超声速进气道设计及性能研究[D]. 李淑艳.西北工业大学 2006
本文编号：3568295
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
工程应用等离子体点火器[5]
图1-1 工程应用等离子体点火器[5]图1-2 可动石里阴极同轴等离子体发生器[8]俄罗斯在 90 年代进行了低温等离子体点火及稳定燃烧的研究。在冷炉下排喷燃器中进行上述煤粉点火系列试验，当等离子体发生器功率大于火炬稳定燃烧工况下功率 25%时, 空气煤粉混和物着火，而且在关闭点火喷燃器时可以观察到灼热的煤粉火炬[16]，点火喷燃器如图 1-2。研究了负荷降低到锅炉额定负荷 75~50%时,等离子体稳定煤粉火炬的燃烧,在蒸汽负荷70~80t/ h时, 燃用重油0.14k g/ s可保证火炬燃烧的稳定性。当投入等离子体点火后, 重油量降低
- 5 -a）参考燃烧器 b）修改燃烧器图1-3 火焰侧面图图1-4 纳秒脉冲放电下等离子体激励甲烷氧化动力学实验装置为了研究等离子体在纳秒脉冲放电下激励甲烷氧化动力学以及其对火焰熄灭边界的影响，Wenting Sun 在 2011 年进行了相关实验及仿真研究，其中实验装置如图 1-4 所示[19-20]。图 1-5 给出了相应的实验结果，从实验结果可以看出非平衡态等离子体加速氧化了 CH4进而使热量释放速率加快，最终是熄火极限得到拓展。a) 无脉冲 b) 5kHz c) 10kHz d) 20kHz e) 40kHz图1-5 不同频率脉冲对火焰的影响1.2.1
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体火箭超燃冲压发动机燃烧室初步实验研究（英文）[J]. Zhong LV,Zhi-xun XIA,Bing LIU,Li-ya HUANG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2017(02)
[2]等离子体强化燃烧的目前研究进展[J]. 何立明,刘兴建,赵兵兵,金涛,于锦禄,曾昊. 航空动力学报. 2016(07)
[3]低温等离子体放电区长度对点火起爆的影响[J]. 郭晓晶,郑殿峰,于勇,张会强. 航空动力学报. 2016(06)
[4]航空发动机电点火系统现状与发展趋势[J]. 李奕新,谭航,杨水银. 燃气涡轮试验与研究. 2015(06)
[5]超声速燃烧火焰稳定技术及其发展综述[J]. 李宁,李旭昌,张涵,白君丽. 飞航导弹. 2014(05)
[6]氩气/空气等离子体助燃激励器的实验研究[J]. 杜宏亮,何立明,丁伟,赵兵兵,王峰. 光谱学与光谱分析. 2012(02)
[7]超声速混合层混合LES/RANS模拟[J]. 晏至辉,刘卫东,范周琴. 弹箭与制导学报. 2011(06)
[8]烧蚀支板对超燃冲压发动机燃烧室性能的影响[J]. 李海军,郭印诚,伍智超. 工程热物理学报. 2011(08)
[9]超燃冲压发动机支板喷射燃料的燃烧过程试验[J]. 刘世杰,潘余,刘卫东. 航空动力学报. 2009(01)
[10]等离子点火燃烧器的原理及在珠海电厂的应用[J]. 李莹莹,笪耀东. 中国特种设备安全. 2007(02)
博士论文
[1]光壁面超声速燃烧室点火及火焰稳定研究[D]. 胡吉超.哈尔滨工业大学 2014
[2]基于凹腔火焰稳定器的亚燃冲压发动机燃烧室点火过程研究[D]. 李庆.国防科学技术大学 2010
硕士论文
[1]超燃冲压发动机燃烧室壁面再生冷却研究[D]. 袁鑫.沈阳航空航天大学 2017
[2]磁流体加速的机理研究和实验系统设计[D]. 李楠.哈尔滨工业大学 2014
[3]超燃冲压发动机燃烧室内流动与燃烧的数值模拟[D]. 鲁阳.浙江大学 2014
[4]基于凹腔—支板火焰稳定器的超声速燃烧室实验与数值模拟研究[D]. 赵延辉.国防科学技术大学 2011
[5]射流等离子体作用下火焰特性及稳定性的实验研究[D]. 罗昌金.哈尔滨工业大学 2010
[6]高速流动下基于凹腔的火焰稳定技术研究[D]. 杨益.华中科技大学 2009
[7]高超声速进气道设计及性能研究[D]. 李淑艳.西北工业大学 2006
本文编号：3568295
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