超燃喷枪试验平台的设计及其焰流特性分析
发布时间：2021-12-22 03:48
热障涂层（Thermal barrier coatings,简称TBCs）是高性能航空发动机必不可缺的热防护技术,也是世界航空推进计划的关键隔热技术,目前已广泛应用于发动机热端部件。但是热障涂层面临剥落失效巨大瓶颈,这是由于热障涂层自身的几何结构复杂,服役环境为复杂的热、力、化学等多种载荷的耦合作用,使得依靠常规的力学实验方法如拉伸、弯曲、加载等是不现实的,研制热障涂层服役环境的模拟装置是理解热障涂层机制的重点,也是发动机强国的核心保密技术。基于此,本文详细介绍了模拟热障涂层热、力、化多场耦合服役环境的超燃喷枪试验平台搭建过程包括喷嘴的设计、气路系统设计、参数的确定以及设备的选型,并借助CFD模拟软件对超燃喷枪中焰流特性进行了数值计算。主要内容如下:第一,根据喷嘴的设计原理,设计出口马赫数为2的超燃喷嘴,收敛段采用五次曲线公式,喉部和扩张段采用圆弧段设计,并通过MATLAB编程实现整个设计过程,同时利用流体仿真软件CFD,对气流在超燃喷嘴的流动过程进行了数值模拟,得到了超燃喷嘴稳态下速度、温度、压力以及马赫数的分布情况,通过模拟仿真,得出喷嘴出口马赫数为1.92,基本接近设计值2,证实...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
热障涂层体系I61
?的最大特点是需要加陶瓷粉末通过等离子体火焰加热至融化或半融化状态［１５］，??使用的喷涂设备如图１．２（ａ）所示。等离子喷涂的涂层制备过程如下：首先是等离??体子火焰升温至二氧化锆陶瓷粉末熔点以上，然后二氧化锆陶瓷粉末通过送料装??置加入到焰流中，由于焰流温度高于粉末的熔点，粉末被焰流加热至融化或半融??化状态，最后熔化或者半熔化的粉末在高速焰流下，与金属基底发生强烈碰撞并?？??平铺在基底表面。而喷涂过程中，会有无数被加热的粉末粒子以超音速持续不断??撞击基底表面，这样无数变形的粒子相互交错并以波浪堆叠的方式在基底表面铺??展，凝固，形成薄片，产生层状结构。由于不能保证撞击到基地表面的颗粒时刻??连续，所以最终形成的层状组织结构会存在空隙或者孔洞。形成的孔隙率一般在??２０％以内
?的最大特点是需要加陶瓷粉末通过等离子体火焰加热至融化或半融化状态［１５］，??使用的喷涂设备如图１．２（ａ）所示。等离子喷涂的涂层制备过程如下：首先是等离??体子火焰升温至二氧化锆陶瓷粉末熔点以上，然后二氧化锆陶瓷粉末通过送料装??置加入到焰流中，由于焰流温度高于粉末的熔点，粉末被焰流加热至融化或半融??化状态，最后熔化或者半熔化的粉末在高速焰流下，与金属基底发生强烈碰撞并?？??平铺在基底表面。而喷涂过程中，会有无数被加热的粉末粒子以超音速持续不断??撞击基底表面，这样无数变形的粒子相互交错并以波浪堆叠的方式在基底表面铺??展，凝固，形成薄片，产生层状结构。由于不能保证撞击到基地表面的颗粒时刻??连续，所以最终形成的层状组织结构会存在空隙或者孔洞。形成的孔隙率一般在??２０％以内
【参考文献】：
期刊论文
[1]Laval喷嘴型面的优化设计及仿真试验分析[J]. 田金坤,郭向利,张三川,张斌. 中原工学院学报. 2017(04)
[2]Laval喷管结构对流动特性和制冷性能的影响[J]. 刘杨,边江,郭晓明,张婧哲,王少炜. 低温与超导. 2016(12)
[3]密闭二维腔内水中热声波的数值模拟[J]. 占丽媛,李玉华,姜玉雁,王刚,唐大伟. 化工学报. 2014(S1)
[4]超音速喷管收缩扩张段匹配问题研究[J]. 史雨,桑为民,陈志敏. 航空计算技术. 2013(06)
[5]热障涂层的冲蚀破坏机理研究进展[J]. 杨丽,周益春,齐莎莎. 力学进展. 2012(06)
[6]热障涂层的破坏机理与寿命预测[J]. 周益春,刘奇星,杨丽,吴多锦,毛卫国. 固体力学学报. 2010(05)
[7]热障涂层的研究现状及其制备技术[J]. 于海涛,牟仁德,谢敏,郭巍,牛晓庆,宋希文. 稀土. 2010(05)
[8]电子束物理气相沉积热障涂层技术研究进展[J]. 郭洪波,彭立全,宫声凯,徐惠彬. 热喷涂技术. 2009(02)
[9]先进航空发动机热障涂层技术研究进展[J]. 郭洪波,宫声凯,徐惠彬. 中国材料进展. 2009(Z2)
[10]大型飞机发动机的发展现状和关键技术分析[J]. 刘大响,金捷,彭友梅,胡晓煜. 航空动力学报. 2008(06)
硕士论文
[1]湍流对可燃气体（蒸气）爆炸极限及火焰传播过程的影响[D]. 谢溢月.中北大学 2017
[2]真实微观结构EB-PVD热障涂层冲蚀失效的有限元模拟[D]. 李辉林.湘潭大学 2016
[3]透平叶片热态冲蚀风洞设计与实验研究[D]. 郑凌翔.上海工程技术大学 2016
[4]等离子喷涂热障涂层冲蚀失效的量纲分析及有限元模拟[D]. 齐莎莎.湘潭大学 2015
[5]基于PC Newmark-β法的流固耦合涡激振动数值模拟[D]. 邓小龙.浙江大学 2015
[6]基于耦合场的固体火箭发动机喷管优化设计及分析[D]. 李乐.西安电子科技大学 2014
[7]铸铁表面化学镀镍对8YSZ热障涂层抗热震性能的影响[D]. 郝利军.天津大学 2014
[8]有限元方法分析TGO形貌对涡轮叶片热障涂层应力场的影响[D]. 蔡明.湘潭大学 2014
[9]超音速火焰喷涂过程的CFD仿真计算[D]. 马佰庆.天津大学 2014
[10]EB-PVD热障涂层冲蚀过程及其裂纹扩展的有限元模拟[D]. 傅丽华.湘潭大学 2013
本文编号：3545699
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
热障涂层体系I61
?的最大特点是需要加陶瓷粉末通过等离子体火焰加热至融化或半融化状态［１５］，??使用的喷涂设备如图１．２（ａ）所示。等离子喷涂的涂层制备过程如下：首先是等离??体子火焰升温至二氧化锆陶瓷粉末熔点以上，然后二氧化锆陶瓷粉末通过送料装??置加入到焰流中，由于焰流温度高于粉末的熔点，粉末被焰流加热至融化或半融??化状态，最后熔化或者半熔化的粉末在高速焰流下，与金属基底发生强烈碰撞并?？??平铺在基底表面。而喷涂过程中，会有无数被加热的粉末粒子以超音速持续不断??撞击基底表面，这样无数变形的粒子相互交错并以波浪堆叠的方式在基底表面铺??展，凝固，形成薄片，产生层状结构。由于不能保证撞击到基地表面的颗粒时刻??连续，所以最终形成的层状组织结构会存在空隙或者孔洞。形成的孔隙率一般在??２０％以内
?的最大特点是需要加陶瓷粉末通过等离子体火焰加热至融化或半融化状态［１５］，??使用的喷涂设备如图１．２（ａ）所示。等离子喷涂的涂层制备过程如下：首先是等离??体子火焰升温至二氧化锆陶瓷粉末熔点以上，然后二氧化锆陶瓷粉末通过送料装??置加入到焰流中，由于焰流温度高于粉末的熔点，粉末被焰流加热至融化或半融??化状态，最后熔化或者半熔化的粉末在高速焰流下，与金属基底发生强烈碰撞并?？??平铺在基底表面。而喷涂过程中，会有无数被加热的粉末粒子以超音速持续不断??撞击基底表面，这样无数变形的粒子相互交错并以波浪堆叠的方式在基底表面铺??展，凝固，形成薄片，产生层状结构。由于不能保证撞击到基地表面的颗粒时刻??连续，所以最终形成的层状组织结构会存在空隙或者孔洞。形成的孔隙率一般在??２０％以内
【参考文献】：
期刊论文
[1]Laval喷嘴型面的优化设计及仿真试验分析[J]. 田金坤,郭向利,张三川,张斌. 中原工学院学报. 2017(04)
[2]Laval喷管结构对流动特性和制冷性能的影响[J]. 刘杨,边江,郭晓明,张婧哲,王少炜. 低温与超导. 2016(12)
[3]密闭二维腔内水中热声波的数值模拟[J]. 占丽媛,李玉华,姜玉雁,王刚,唐大伟. 化工学报. 2014(S1)
[4]超音速喷管收缩扩张段匹配问题研究[J]. 史雨,桑为民,陈志敏. 航空计算技术. 2013(06)
[5]热障涂层的冲蚀破坏机理研究进展[J]. 杨丽,周益春,齐莎莎. 力学进展. 2012(06)
[6]热障涂层的破坏机理与寿命预测[J]. 周益春,刘奇星,杨丽,吴多锦,毛卫国. 固体力学学报. 2010(05)
[7]热障涂层的研究现状及其制备技术[J]. 于海涛,牟仁德,谢敏,郭巍,牛晓庆,宋希文. 稀土. 2010(05)
[8]电子束物理气相沉积热障涂层技术研究进展[J]. 郭洪波,彭立全,宫声凯,徐惠彬. 热喷涂技术. 2009(02)
[9]先进航空发动机热障涂层技术研究进展[J]. 郭洪波,宫声凯,徐惠彬. 中国材料进展. 2009(Z2)
[10]大型飞机发动机的发展现状和关键技术分析[J]. 刘大响,金捷,彭友梅,胡晓煜. 航空动力学报. 2008(06)
硕士论文
[1]湍流对可燃气体（蒸气）爆炸极限及火焰传播过程的影响[D]. 谢溢月.中北大学 2017
[2]真实微观结构EB-PVD热障涂层冲蚀失效的有限元模拟[D]. 李辉林.湘潭大学 2016
[3]透平叶片热态冲蚀风洞设计与实验研究[D]. 郑凌翔.上海工程技术大学 2016
[4]等离子喷涂热障涂层冲蚀失效的量纲分析及有限元模拟[D]. 齐莎莎.湘潭大学 2015
[5]基于PC Newmark-β法的流固耦合涡激振动数值模拟[D]. 邓小龙.浙江大学 2015
[6]基于耦合场的固体火箭发动机喷管优化设计及分析[D]. 李乐.西安电子科技大学 2014
[7]铸铁表面化学镀镍对8YSZ热障涂层抗热震性能的影响[D]. 郝利军.天津大学 2014
[8]有限元方法分析TGO形貌对涡轮叶片热障涂层应力场的影响[D]. 蔡明.湘潭大学 2014
[9]超音速火焰喷涂过程的CFD仿真计算[D]. 马佰庆.天津大学 2014
[10]EB-PVD热障涂层冲蚀过程及其裂纹扩展的有限元模拟[D]. 傅丽华.湘潭大学 2013
本文编号：3545699
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