静电场作用下无定形碳颗粒荷电及运动规律的研究

发布时间：2020-06-21 16:49

【摘要】：广泛存在于内燃机领域的积碳问题同样是困扰航空发动机的“心病”,在一些特殊的运行工况下,发动机燃烧室内不可避免地会出现富油区,这其中由于碳氢燃料不完全燃烧所产生的碳烟颗粒是造成积碳问题的主要原因。现有的除焦手段都或多或少地对发动机的稳定运行产生不利影响,无法从根本上解决积碳问题,因此探索出一种既不影响发动机工作性能,又能对积碳实施在线清除的方法就显得非常重要。静电场不仅能够对带电物体产生力的作用,还可以通过场致荷电的方式使原本呈电中性的物体带上一定量的电荷。正因如此,通过在发动机喷嘴附近引入静电场的方式使碳烟颗粒定向地原理喷嘴等关键部位在理论上具有一定的可行性。静电除焦技术也有望成为最有效的除焦手段,具有很大的应用前景和研究价值。然而目前对于利用静电场清除积碳的研究仍处于起步阶段,为此本课题将从以下几方面对该领域进行初期探索。本文首先选取碳烟中的主要成分无定形碳颗粒作为实验材料,搭建颗粒物荷电特性实验系统,对无定形碳颗粒的荷电特性进行实验研究,分析电场参数以及流场参数对于碳颗粒荷电的影响,其中电场参数包括运行电压和电场不均匀度,流场参数包括温度和颗粒浓度,此外对不同工况下电晕电场的放电特性进行分析,从放电的角度分析各环境参数对颗粒荷电的影响规律,给出合理的解释。其次,在颗粒荷电实验系统的基础上进行改造,建立荷电颗粒输运可视化实验系统,借助PIV系统对荷电与非荷电颗粒群在输运过程中的运动特性进行研究。在保证载气流速、颗粒浓度以及温度一定的情况下,通过调整荷电装置的运行电压来改变颗粒群的平均荷电量,对不同荷电情况下的颗粒群的运动情况进行分析。最后,选取合适的电场控制方程以及颗粒荷电数学模型,对无定形碳颗粒在电场中的荷电过程进行模拟,基于先前的实验结果对连续相、离散相的介电性质进行修正,分析不同运行电压、载气流速、粒径条件下无定形碳颗粒在电场中的荷电量随位置的变化过程。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V231.2
【图文】：

积碳,航空发动机,成因,故障

图 1-1 航空发动机积碳故障碳类故障的成因较为复杂，但根据现有的研究，可大由于喷嘴处高温燃油的氧化结焦。一般情况下，氧化氏度，当温度超过 500 摄氏度时，由于溶解于燃油内所占的比重大幅度降低（此时已裂解结焦为主），发嘴喷出的燃油极易受到高温燃烧室的辐射而被加热至喷油过程的不断进行，不断地有焦体颗粒生成并附着，严重时甚至会导致喷嘴堵塞，此外，在一些特殊的喷油或喷油滞后的现象，此时喷嘴内外表面会出现残的工作而被加热至较高的温度，残留的油滴滴落在炙焦反应造成积碳类问题的发生；其二，是由于气态燃结焦，不同于燃料的裂解，气体在固体壁面上的碳沉积时气态燃油及其裂解生成的小分子气态产物同过不断墨类产物，高温时这些气相反应物会通过预反应先生后通过不断地表面团聚生成低密度的多孔介质，并遵

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图 1-2 喷嘴积碳问题危害非常严重，使得喷嘴的气孔被堵，致使喷嘴喷出的燃油雾化质量差，改变的恶化，燃烧不均匀、火焰燃烧不稳定火停车或冒烟，严重时可能导致飞机碳问题的常规防治手段积碳问题的处理与防治方法依据其原理返厂维修法便是属于物理除焦的范畴，是返厂维修发成本较高且费时费力，而事故，此外，气液吹除法亦属于物理除而无法有效地根除结焦积碳问题，。比较典型的有表面材料改性法和燃料添材质反应器表面对结焦的影响敏感程度

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