高速低压环境下燃油雾化特性研究

发布时间：2020-09-21 16:45

　　在高速低压环境下冲压燃烧室燃烧时存在着很多问题,突出表现为燃烧效率不高,这从根本上要追溯到在高速低压环境下燃油的雾化问题。为了解决上述问题,本研究开展高速低压环境下燃油雾化特性研究,这对今后改善冲压燃烧室内供油、提高燃油雾化质量从而解决燃烧室的燃烧效率问题有着重要的意义。本文主要的研究工作内容从两个方向开展:一是完成了对高速低压环境下燃油雾化特性的数值模拟研究,另一个是同时采用PIV开展试验研究,并用图像处理技术获得燃油轨迹和粒径信息。两部分工作针对高速低压环境下燃油穿透深度、燃油雾化粒径和燃油浓度空间分布特性互相补充和完善。本研究主要变量包含空气温度T(300~800K)、环境压力P(0.02~0.05MPa)、马赫数Ma(0.17~0.25)、喷油压差△P_f(0.2~1MPa)、余气系数?(2.85~5.53)、喷油杆距离稳定器尾缘位置L(100~200mm)。研究结果表明:(1)燃油穿透深度随着喷油压差、来流马赫数、余气系数、喷油孔径的增大而增大,随着空气温度、环境压力的增大而减小;(2)燃油粒径影响因素较多,往往不是因为某个因素变化而单调变化。随着油压差增加,在距离喷嘴较近的距离内,雾化变差,随着距离增加燃油雾化趋势较为接近;随着温度增加,在高于常温的范围内,雾化效果会比常温好,但也可能出现某个高温效果会稍微变差;随着空气压力增加,燃油雾化也会变差;随着马赫数增加,燃油粒子破碎的数量更多,但沿程的粒径变化则是在喷嘴出口反而变大,后段比较接近;韦伯数对燃油雾化粒径有一定的影响,但单一的韦伯数还不足以描述粒径变化规律。(3)燃油的空间分布在不同空空气热力力参数下,总是有同一个规律:随着径向或流向距离增大,燃油的浓度逐渐减小。本文的研究结果对冲压燃烧室在高速低压环境下的燃油雾化特性提供了参考依据,同时对冲压燃烧室在高速低压环境下的设计具有一定的指导意义。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V231.2
【部分图文】：

冲压发动机,尾喷管,空间范围,发动机工作

第1章绪论背景世纪人类实现有动力飞行以来，提高飞行器飞行速度和高度一直是研究人行速度和高度的提升很大程度上依赖于发动机技术的发展。随着战略发度的提高和飞行边界的拓宽，飞行器所处空间环境变得越来越恶劣。由动机得到了越来越多的关注。冲压发动机是吸气式发动机的一种类型，它作为全部或者部分氧化剂，与自身携带的化学燃料进行反应。按照燃料冲压发动机主要分为三类：液体冲压发动机（FLRJ）、固体燃料冲压发箭冲压发动机(SDR)。其中，液体冲压发动机这三种冲压发动机中发展术最成熟的一种。它具有液体流量容易调节、高能量、高效率等优点，角飞行时燃烧不稳定、流量调节系统复杂等缺点[1]。 1.1[2]给出了几种常见发动机的工作空间范围，图中显示冲压发动机工作上，这就会带高速低压环境的问题。

几何形状,横向气流,射流

角只受孔径和长径比的轻微影响，主要取决于液体的粘度和表面张力以流度的增加增加了射流中速度的径向分量与轴向分量的比率，从而导致雾化过程实质上是将大体积液体转化为小液滴的过程。基本上，它可以认力的作用而破坏表面张力的凝聚影响。在没有这种破碎力的情况下，表拉成球形，因为这样具有最小的表面能。液体粘度通过阻止液体几何形状作用。另一方面，作用在液体表面上的气动力可以通过对液体施加外部程。当破碎力的大小刚好超过固结表面张力时，就会发生破碎[7]。的射流式喷嘴的雾化分为初次雾化和二次雾化。如图 1.3 初次雾化是指燃从喷嘴射出以后，首先形成圆形射流，然后发生破碎，产生形状大小各不微团，包括团状微团，块状微团以及细小的燃油液滴[10]。而二次雾化则生的液体大尺度微团在与气流的相互作用中继续破碎，形成更小的液滴程中产生的较大液滴是不稳定的，在二次雾化进一步破碎成较小液滴。液滴尺寸的最终范围不仅取决于初级雾化中产生的液滴尺寸，还取决于二液滴进一步分解的程度。

雾化效果,环境压力

雾汽液两相浓度的分布影响很大。燃油喷雾形态的发展变化是一个瞬态力条件下，油汽液两相喷雾低端都逐渐加宽，具有较大的喷雾汽化量。减小至 0.01MPa，油喷雾汽化量增加，此在喷雾气液两相发展过程中会出境压力也是影响燃油喷雾发展形态的重要因素。为了研究低压环境下燃料的过热度、喷射压力和喷嘴几何结构对喷雾形均直径等喷雾特性的影响，测量了不同环境压力下的煤油泡点温度，给温度的经验关系式。将过热的航空煤油通过直射式喷嘴喷入低压容器中件下的喷雾试验。使用高速摄影仪和激光粒度仪进行拍摄和测量，到了平均直径数据和喷雾图片。结果表明，过热度的增加、喷射压力的增加都能够改善煤油的喷射雾化效果。[22]试验证明环境压力的大小对雾化效果有非常大的影响随着环境压力增大，且环境压力对 SMD 的影响要远大于雾化压力。同时，环境压力影响，随着环境压力的逐步加大，雾化锥角经历了一个先减小后增大的变压力的增大，点环境压力值有增大的趋势。不同环境压力下的雾化效果如没有给出高速气流条件的影响，且雾化方式限制在气泡雾化。

【相似文献】