示踪粒子成像技术在燃烧流场的测量研究

发布时间：2021-09-11 19:40

　　航空发动机是科技竞争的重要领域,航空发动机制造的最大难点之一就是燃烧室的设计。燃烧室燃烧时所需的氧气来源于飞行器周遭的空气,来流空气不均匀会导致燃烧室内燃烧情况十分复杂,实际燃烧呈现非定常和非稳态特性,火焰的温度和速度存在复杂的强耦合关系。掌握燃烧场结构和能量流动对发动机的设计至关重要。研究燃烧问题的两种手段分别是数值模拟和试验。尽管数值模拟技术已发展到了相当高的水平,可以给出空间和时间上的细节信息,但是数值模拟中模型不完整。除此之外,试验还在发现湍流/化学反应相互作用等多物理场耦合的新现象和建模研究上起到了引领作用。因此,飞行器燃烧室的研究发展还主要依靠试验。本试验能够实现燃烧场的速度测量,综合分析后得到湍流火焰混合层演化过程、火焰结构形态和传播过程。为了对火焰机理进行更深入的研究,搭建射流火焰实验台。该实验台能够实现超声速火焰燃烧与低速火焰燃烧,并以此试验平台进行火焰相关研究。采用粒子图像测速技术测量火焰速度场分布,并以此分析火焰流场结构与影响实验结果的因素。针对获取的火焰速度分布,得出以下结论:跨帧时间过大或过小都会影响图像结果;大激光能量能够更清晰的提供流场中粒子的位置信息;滤... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Carba设计的举升火焰[3]

图 1- 1Carba 设计的举升火焰[3]Fig.1- 1The lifted flame designed by CarbraDally 等人设计的高温伴流射流燃烧器（JHC），用于模拟简气循环。其中反应标量的时间和空间分辨率测量是在固定中不同氧含量的氢气/甲烷燃料混合物的三种不同湍流非用拉曼瑞利（Raman-Rayleigh）激光诱导磷光技术进行单点的氧气浓度的变化会对火焰的结构和外观都有着明显变化的导致火焰不明亮，反映区的温度升高可以低至 100K，并幅降低[4]。结果如图 1- 2 所示：

图 1- 3 红外观察到的附加火焰[5]Fig.1- 3Attached flames observed by infrared流火焰台的搭建和各种可视化技术都显著的增强了研究者解，这些可视化技术包括反应性 Mie 散射和丙酮荧光流动散射的浓度测量等。这些研究手段可以识别伴流扩散火焰中射燃烧器中顶部的再循环区域，层状举升火焰基部的火焰结机制等。这些都证明了射流火焰台和激光诊断可视化技术在上述火焰台在火焰结构的研究方向上存在一定缺陷。仅限再者燃烧方式和整体设计并不符合湍流射流火焰的研究，需和测量方式的研究。流场的试验测量方法综述年来，对于火焰现象的深刻理解由两种方式研究，一种是如 CFD 或者其他模型化学机理对湍流火焰的分析；另一种

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3393598