国产RP-3航空煤油模拟替代燃料燃烧特性的试验研究

发布时间：2020-10-11 18:28

　　 航空发动机内的实际燃烧情况难以直接通过试验测量,想要详细了解燃烧室中的燃烧过程和流场结构,研究湍流与燃烧反应动力学之间的相互作用,预测排放物的生成,就需要采用燃料的燃烧反应机理进行数值模拟。然而航空煤油的组分复杂,目前尚未能对航空煤油中所有组分的燃烧反应进行描述。对此一种有效的解决方法就是发展包含简单组分的模拟替代燃料,并构建对应的化学反应机理。为了获得一种新的RP-3航空煤油的五组分替代燃料,并了解其层流燃烧特性,本论文进行了如下工作:对国产RP-3航空煤油的主要物理特性进行了试验测试,通过对航空煤油物化特性的综合考量,选择了平均分子量、氢碳比、十六烷值和低热值四个参数作为主要遴选指标,并根据遴选指标初步确定了模拟替代燃料的组分。通过优化计算得出了最优组分配比,提出了一种新的RP-3航空煤油的五组分模拟替代燃料,包含摩尔分数为14%的正癸烷、10%的正十二烷、30%的异十六烷、36%的甲基环己烷和10%的甲苯。在定容燃烧试验装置中对正癸烷、正十二烷、异十六烷、甲基环己烷和甲苯五种单组分燃料进行了层流燃烧特性的试验测试。试验结果表明,当量比对单组分燃料火焰发展特性的影响较大;单组分燃料的层流燃烧速率随着当量比增加呈先增大后减小的趋势。随着初始温度增加或初始压力降低,层流燃烧速率明显降低。此外,当量比对火焰稳定性的影响较为明显,马克斯坦长度随着当量比增加逐渐减小,火焰前锋面随之变为不稳定状态;初始温度变化对燃烧稳定性的影响较小;而初始压力在不同当量比下对马克斯坦长度的影响不相同。在定容燃烧试验装置中对五组分模拟替代燃料进行了层流燃烧特性的试验测试。试验结果表明,随着当量比从0.8增加到1.5,五组分模拟替代燃料的层流燃烧速率先增大后减小;受混合燃料中各组分的燃烧特性对温度的敏感性差异影响,不同初始温度下的层流燃烧速度速率在当量比1.3-1.4之间出现交叉;压力升高使层流燃烧速率减小,同时层流燃烧速率的最大值对应的当量比减小。马克斯坦长度随当量比增大逐渐减小,火焰前锋面变得越来越不稳定;初始温度变化对混合燃料火焰前锋面不稳定性的影响不明显;区别于单组分燃料,混合燃料的马克斯坦长度随着压力升高单调减小,并且当量比越大时这种趋势越明显。将五组分混合燃料的层流燃烧速率与RP-3航空煤油进行对比,发现结果基本吻合,说明该五组分替代燃料可以对RP-3航空煤油的燃烧特性进行较为准确的预测。
【学位单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V312
【部分图文】：

图 1.1 “昆仑”发动机技高速发展的今天，能源依旧是保证物质社会发展的基础。伴随着世和人口的快速增长，人类的生活与生产对能源的需求量日益增加，许于石油的炼化，交通中使用的燃料也以石油燃料为主。为满足生活和生资源（如煤，石油等）被过量地开采，但自然资源的储量是有限的，经历上百年的时间。目前自然资源的开采速率已经远远超出其再生速资源开采量依旧居高不下，地球上储存的煤炭资源能满足人类 200 年

图 1.2 全球能源消费量有害气体的排放是影响空气质量的主要因素，其中，氮氧化物主要来源于燃在全球消费量最大的几种燃料中，石油燃烧后产生的氮氧化物约是同等质 2 倍、煤炭的 1.5 倍，因此在城市中，使用汽油和柴油等石油燃料的机动车是空气中氮氧化物的主要来源。近年来，清洁燃料的推广使地面交通的氮氧到了有效的控制，但飞行器在高空工作时将污染物直接排放在平流层的大气种直接污染更加难于治理，随着航空产业的高速发展，航空发动机的排放可

(a) 本生灯火焰结构简图[8](b) 典型的本生灯火焰图 1.3 本生灯火焰方法测量层流燃烧速率5 年，Wu 和 Law 提出了对冲火焰法[11]，来研究拉伸作用对层流火焰的影响，而 等将对冲火焰法用于层流燃烧速率的测量[13]。对冲火焰试验中，可燃混合气体两个对称布置的喷射器喷出，在拉伸作用下，形成一组关于滞止面对称的稳定（如图 1.4(a)所示），通过改变可燃气体的流速，可以得出拉伸率为零时的层率。
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本文编号：2836959