航空发动机防火试验的热流分布仿真研究
发布时间：2017-10-19 02:22
本文关键词：航空发动机防火试验的热流分布仿真研究
更多相关文章： 适航 航空发动机 防火试验 机理简化 燃烧动力学模型 热流密度
【摘要】：航空发动机防火试验是航空发动机适航审定的一项基础试验。由于我国对航空发动机防火试验缺乏实际数据和经验,本文开展了航空发动机防火试验相关仿真研究,以期获得航空发动机防火试验的热流分布特征,为开展实际的防火适航审定提供支持。本文使用数值仿真的方法计算了航空发动机防火试验的热流密度分布,仿真过程耦合了燃料燃烧的反应动力学模型,求解燃烧组分的浓度分布,从而得到防火试验燃烧场的热流分布。本文主要的研究内容为:(1)本文提出了一种燃烧机理简化方法(COMREFT方法)。COMREFT方法结合了计算奇异摄动法利用数学方法分析组分时间尺度的特点和直接关系图法考虑组分间耦合关系的特点,这使得COMREFT方法不依赖简化者的经验且具有较高的简化效率。该方法从燃烧反应系统微分方程中的雅可比矩阵着手,利用对角线元素判别组分的时间尺度,利用非对角线元素辨析组分间的耦合关系,从而系统的去除或保留燃烧系统的反应组分。(2)本文利用COMREFT方法对防火试验使用的Jet A燃料的燃烧反应机理进行简化,得到了具有84种组分、261个基元反应的多步反应机理,并结合各组分的热力学数据、各基元反应的反应参数及航空发动机防火试验的工况条件建立了Jet A的燃烧反应动力学模型(JA-COMREFT模型)。本文得到了一种适用于航空发动机防火试验的燃烧反应动力学模型。(3)本文使用JA-COMREFT模型对航空发动机防火试验的燃烧场进行仿真计算,得到了航空发动机防火试验的热流密度分布。通过对热流密度分布特征的分析,明确了热流密度极值的空间范围,本文得到了一个热流密度分布均匀且处于极小值的区域,该区域的热流满足防火相关咨询通告的要求即可保证试验火焰达到规定的状态。
【关键词】：适航 航空发动机 防火试验 机理简化 燃烧动力学模型 热流密度
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V263.3
【目录】：
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-10
- 第一章 引言10-18
- 1.1 研究背景和意义10-11
- 1.2 国内外研究发展现状11-16
- 1.2.1 航空发动机防火试验的研究现状11-12
- 1.2.2 燃烧反应机理简化的研究现状12-15
- 1.2.3 火焰辐射热流密度计算模型的研究现状15-16
- 1.3 本文主要工作16-18
- 第二章 航空发动机防火试验的机理简化方法研究18-35
- 2.1 航空发动机防火试验的反应动力学理论18-19
- 2.2 燃烧反应机理简化方法分析19-21
- 2.3 COMREFT方法研究21-33
- 2.3.1 COMREFT方法的提出21-24
- 2.3.2 COMREFT方法的计算效率分析24-25
- 2.3.3 COMREFT方法的验证25-33
- 2.4 本章小结33-35
- 第三章 航空发动机防火试验仿真中的反应动力学模型构建35-50
- 3.1 航空煤油的反应动力学模型分析35-36
- 3.2 JA-COMREFT模型的建立36-44
- 3.3 JA-COMRFT模型的验证44-49
- 3.3.1 JA-COMREFT模型对Jet A燃料燃烧温度的模拟44-45
- 3.3.2 JA-COMREFT模型对Jet A燃料点火延迟时间的模拟45-47
- 3.3.3 JA-COMREFT模型对Jet A燃料层流火焰速度的模拟47-49
- 3.4 本章小结49-50
- 第四章 基于JA-COMREFT模型的防火试验热流分布仿真50-70
- 4.1 航空发动机防火试验燃烧场数值模拟方法50-54
- 4.1.1 航空发动机防火试验的燃烧器几何建模与网格划分50-52
- 4.1.2 航空发动机防火试验热流分布仿真的模型与边界条件分析52-54
- 4.2 航空发动机防火试验热流分布仿真的验证54-58
- 4.2.1 仿真计算的网格独立性验证55-57
- 4.2.2 仿真结果的准确性验证57-58
- 4.3 航空发动机防火试验热流分布仿真结果分析58-69
- 4.4 本章小结69-70
- 第五章 结论与展望70-72
- 5.1 结论70-71
- 5.2 展望71-72
- 参考文献72-79
- 致谢79-81
- 作者简介81
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