航空煤油/乙醇混合燃油旋转锥形液膜雾化特性研究

发布时间：2021-12-16 00:17

　　为了应对化石燃料短缺和环境污染两大难题,寻找新型燃料替代或部分替代航空煤油已成为目前航空动力系统领域研究的热点。乙醇作为一种清洁可再生的含氧燃料,具有原料来源广泛、制备工艺简单、价格低廉的特点,受到了人们的广泛关注。与此同时,离心喷嘴作为航空发动机广泛使用的雾化元件,其雾化性能直接影响燃烧效率。为此,本文采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法,借助先进的光学测量平台探究了离心喷嘴结构变化对雾化流场、雾化角、破碎长度、液滴粒径分布等特性参数的影响规律,构建了雾化角和流量系数分别与压差、切向槽倾斜角、喷嘴几何特性参数和背压之间的关联式,揭示了乙醇在航空煤油/乙醇混合燃油中浓度对于离心喷嘴产生旋转锥形液膜雾化特性的影响。主要工作如下:首先自主搭建了一套测量离心喷嘴旋转液膜雾化特性的光学测量实验平台。该测量平台主要包括:燃油喷射系统、供气系统、定容雾化弹和光学测量系统。其中,燃油喷射系统最大可提供6 MPa的喷射压力,定容雾化弹可承受4 MPa环境压力,光学测量系统可测量雾化形态、雾化液滴速度场和平面粒径分布等雾化特性。其次,开展了结构对离心喷嘴锥形液膜雾化特性影响的研究。以航空煤油和航... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

典型离心喷嘴几何结构示意图

图１．２中Ｄ、为旋流室直径，／，为喷嘴出口处液膜厚度，Ｌ为喷嘴出口长度，名（＆）??为出口直径（半径），＜．，，为喷嘴入口直径，０为锥形液膜雾化形态锥角（雾化角），／，＿？为切??向槽长度，４为总的切向槽入口的截面积。在尺寸大小各异的离心喷嘴中，为了描述??离心喷嘴内部液体燃油的旋流强度大小，从而表征离心喷嘴的相似性，学者引入离心??喷嘴几何特性参数尤｜６（）１：??－１１?－??

（ａ）雾化角过大雾化形态?（ｂ）雾化角过小雾化形态??图１．４油气混合区域在雾化角过大或过小示意图??（ａ）?Ｔｈｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｂｉｇ?ｓｐｒａｙ?ａｎｇｅｌ?（ｂ）?Ｔｈｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｓｍａｌｌ?ｓｐｒａｙ?ａｎｇｅｌ??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｕｅｌ／ｇａｓ?ｍｉｘｔｕｒｅ?ａｒｅａ?ｕｎｄｅｒ?ｂｉｇ?ａｎｄ?ｓｍａｌｌ?ｓｐｒａｙ?ａｎｇｌｅ??Ａ喷嘴??（ａ）雾化角测量方法一?（ｂ）雾化角测量方法二??图１．５雾化角两种表示方法??（ａ）?Ｆｉｒｓｔ?ｍｅｔｈｏｄ?（ｂ）?Ｓｅｃｏｎｄ?ｍｅｔｈｏｄ??Ｆｉｇ．?１．５?Ｔｗｏ?ｍｅａｓｕｒｅ?ｍｅｔｈｏｄｓ?ｆｏｒ?ｓｐｒａｙ?ａｎｇｌｅ??燃油在竖直方向喷射时，在惯性作用下，燃油液滴会沿直线运动，雾化形态呈现圆维??形，如图１．５所示。在燃油雾化过程中，雾化边缘上液滴动能不足以维持其继续沿直线运??动，因为燃油表面张力、液膜内外的压差和重力三者共同作用下会导致液膜向着轴心收??缩［７５，９８］，故雾化体有一定程度收缩，所以雾化外轮廓线并非直线。目前，关于雾化角的??定义有两种方法［９９］。第一种是选取离心喷嘴贯穿距一半距离或者选取距离喷嘴端面Ｌ处，??该水平中心线和雾化外围相交点。定义该相交点和中心点连线夹角为雾化角０。Ｌ取值范??围：对于小流量喷嘴，Ｌ取４５?ｍｍ？８５?ｍｍ；大流量喷嘴则应选取１００ｍｍ？２００ｍｍ。??－１４－??

【参考文献】：
期刊论文
[1]压力旋流喷嘴内流场特性模拟研究[J]. 范华,杨刚,李冰.  机电工程. 2018(08)
[2]双组元离心式喷嘴外喷嘴流动数值模拟分析[J]. 宋大亮,凌前程,章荣军.  火箭推进. 2018(04)
[3]离心式喷嘴充填过程内部流动特性仿真[J]. 陈慧源,康忠涛,成鹏,李清廉.  航空动力学报. 2018(04)
[4]基于Gerris的离心式喷嘴锥形液膜破碎过程数值模拟[J]. 王凯,杨国华,李鹏飞,张民庆,周立新.  推进技术. 2018(05)
[5]基于PLIF/Mie图像测量煤油超雾化场数值特性[J]. 徐宝剑,刘维来,徐胜利,王克逸,付可可,吴成陆.  推进技术. 2018(04)
[6]离心式喷嘴雾化特性实验研究与数值模拟[J]. 吴晋湘,张瑞,徐越群,李自臻,祖佳红.  消防科学与技术. 2017(12)
[7]某离心式喷嘴雾化特性及优化设计研究[J]. 马朝,黎明,索建秦,冯华仲,刘伟琛,邱思槐.  航空工程进展. 2017(01)
[8]RP-3航空喷气燃料饱和蒸气压测试研究[J]. 陈战斌,王玉梅,王涛.  工程与试验. 2016(02)
[9]国内外生物合成燃油和生物乙醇产业发展现状及趋势[J]. 程序.  中外能源. 2015(09)
[10]发展燃料乙醇和生物柴油的碳排放效应综述[J]. 陈瑜琦,王静,蔡玉梅.  可再生能源. 2015(02)

博士论文
[1]乙醇混合燃料喷雾特性的研究[D]. 宋澜波.中国科学技术大学 2018
[2]变循环发动机特性分析及其与飞机一体化设计研究[D]. 周红.西北工业大学 2016
[3]雾化过程与棉花冠层结构对雾滴沉积的影响[D]. 王双双.中国农业大学 2015
[4]离心喷嘴雾化特性实验研究和数值模拟[D]. 张永良.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[5]多级旋流空气雾化喷嘴雾化特性及光学测试方法研究[D]. 刘存喜.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
[6]旋转锥形液膜破碎过程实验与仿真研究[D]. 刘娟.国防科学技术大学 2012
[7]细水雾特性及其在狭长空间降温效果的研究[D]. 刘乃玲.同济大学 2006

硕士论文
[1]旋流喷嘴雾化特性的仿真与实验研究[D]. 张光通.燕山大学 2016



本文编号：3537394