典型管路RP-3航空煤油热氧化结焦沉积特性研究

发布时间：2020-06-26 19:30

【摘要】：随着航空发动机技术的不断发展,性能不断提高,导致压比不断升高,压气机出口温度也不断升高,燃油系统受到高温空气的加热导致燃油温度升高。同时燃油作为冷源广泛的被用于冷却飞机的电子、滑油等装置,导致燃油温度随之升高。过高的燃油温度会使燃油发生一系列物理化学变化产生结焦,影响发动机正常工作。另外,随着航空业发展,对航空发动机环保性的要求也不断提高。为了实现环保目标,先进航空发动机广泛采用低污染燃烧室。低污染燃烧室和传统燃烧室相比,燃烧组织更加先进,结构也更加复杂。复杂的结构对结焦防护带来了新的挑战。对于航空发动机而言,在保证性能和安全的前提下提高部件使用寿命是设计的关键指标之一。对燃油喷嘴,换热器等易结焦的部件而言,针对结焦产物物性的研究有助于对结焦机理的理解。同时,对结焦沉积的零部件性能衰减规律的研究需要建立在热氧化结焦沉积特性和结焦产物的物性研究的基础上。综上所述,本文以低污染燃烧室燃油喷嘴热防护技术为研究背景,针对RP-3航空煤油在低污染燃烧室燃油喷嘴典型管路内的热氧化结焦特性和结焦产物热物性开展研究,总结其结焦特性并分析结构,流速等参数变化对其影响规律和结焦产物的物性。为低污染燃烧室燃油喷嘴热防护方案设计提供技术支持。本文结合低污染燃烧室燃油喷嘴典型管路结构特点,提出“急弯”和“缓弯”两种典型结构,并对其流动和传热特性进行数值模拟分析。基于恒定环境温度的试验方法,制定试验方案,搭建热氧化结焦试验系统,设计螺旋管和直角弯管两种结构试验件,对RP-3航空煤油在两种结构下的结焦沉积特性进行试验研究。另外,针对结焦产物的物性开展了试验研究。测量结焦产物的物性,获其表观形貌,拟合结焦产物的比热容和导热系数随温度变化的经验关系式。主要结论:直角弯管和螺旋管的出口温度均随着进口流速的增大而减小,直角弯管壁温随着进口流速的增加而减小;直角弯管的沿程结焦量在进入弯曲区域后迅速升高,峰值出现位置相比于直管大幅提前;峰值后,结焦量在弯曲区域总体保持了较高的水平,进入出口直管段开始下降;螺旋管沿程结焦量分布呈现双峰结构,第一峰值出现的位置相比于直管大幅提前;两种结构下,随着进口流速的增加,沿程结焦量和总单位面积结焦量均下降;螺旋管,直角弯管和直管的沿程结焦量依次降低;对直角弯管局部结焦量的研究显示,弯曲区域和直管区域结焦量不存在明显差异;结焦产物微观结构为球状颗粒堆积且表面存在可见孔隙;其表观密度约为1049kg/m~3,真密度约为1498kg/m~3,孔隙率约为29.9%;油焦比热容约为1.1~2.2J/g·K,导热系数约为0.19~0.28W/m·K,均随着温度的升高而增加。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V231
【图文】：

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南京航空航天大学硕士学位论文第1章绪论景发动机燃烧室结构示意图如图 1.1 所示，主要包括扩压器，火焰筒，喷组成。其中，喷嘴配合火焰筒外的燃油总管等部件组成了供油系统。供烧室的重要组成部件之一。其主要功能是，通过供油控制系统控制下，，油泵，燃油总管稳定，高效，可控的送入燃油喷嘴，经过燃油喷嘴雾烧，与燃烧室内空气发生反应释放化学能为热能，为发动机提供动力[系统是航空发动机的关键系统之一，其可靠稳定高效的工作直接关乎飞能。Equation Chapter 1 Section 1

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代表的先进民用航空发动机，压气机出口温雾化喷入燃烧室燃烧前，会在喷嘴内受到扩增加，使得燃油在喷嘴内受热升温的情况愈表 1.1 军用航空发动机关键参数变化表1940 1950 1960 1970 193 5 10 19 3 413 486 603 735 8 1100 1150 1260 1400 173 3.5 4.5 6 一定温度后，航空煤油会和航空煤油中溶解由基链式反应导致燃油热氧化结焦。热氧化m Edwards 等[2]人针对 JP-8 航空煤油对燃油影响，当 JP-8 航空煤油的温度达到 423K 时解结焦反应。

【参考文献】