柴油—空气气溶胶生成方法及其稳定性研究
发布时间：2020-09-28 17:39
基于布雷顿循环的燃气轮机已经达到了非常高的热动力学效率,进一步提高循环热效率需要付出高昂的代价。从突破传统布雷顿循环等压燃烧热力过程的角度出发,爆轰燃烧技术为提高船用燃气轮机性能提供了有效途径。船用动力系统多用于液态燃料,然而,目前对液态燃料连续旋转爆轰燃烧技术的研究还不够成熟,液态燃料的超细雾化以及气液两相掺混等成为当前亟需解决的工程问题。因此,本文探索适用于柴油-空气燃料爆轰燃烧的超细雾化方法,为实现液态燃料连续旋转爆轰燃烧船用燃气轮机的工程应用提供技术支撑。本文针对出口截面半高度为13mm、出口马赫数为2的拉法尔雾化喷管进行数值模拟研究,其研究过程利用多相流理论,结合拉格朗日粒子追踪法和界面追踪法以及二者的耦合计算方法,使用RNG湍流模型,并考虑粒子重力的影响。在满足连续连续旋转爆轰燃烧室内雾滴群不发生惯性分离条件下,归纳出了符合技术指标的最佳雾化方案。本文的主要研究工作如下:(1)根据已知的实验结果,建立了适用于超声速横向射流雾化研究的二次雾化模型,发现KHRT和WAVE二次雾化模型对穿透深度的模拟结果更接近于PDPA的测量结果,KHRT雾化模型对雾滴群的索特尔平均直径(SMD)模拟结果与实验结果的误差在11%左右。(2)研究了液滴、液柱在不同马赫数来流气体条件下的变形、运动、界面失稳等过程,发现VOF模型可显示母液滴的剪切破碎及爆炸破碎过程,但是对于液柱表面的尖钉结构及混合区的捕捉效果不是理想。此外,研究发现在声速条件下,水横向射流的穿透深度随着动压比的增加而升高。(3)根据柴油燃料的爆轰胞格尺寸确定了连续旋转爆轰燃烧室的环缝宽度为26mm,设计了出口半高度为13mm、马赫数为2的拉法尔喷管;在拉法尔喷管喉部横向射流下,确定了最佳喷射位置,在喉部、环槽0.1mm横向喷射时,喷管出口雾滴群的平均SMD为4.2μm,气溶胶达到稳定性位置在x/d=200。同样条件下在圆弧右端点P喷射时,雾滴群的平均SMD为8.18μm,气溶胶达到稳定性位置在x/d=100;在喉部、环槽0.1mm横向喷射时,结合界面追踪法与拉格朗日粒子追踪法耦合计算方法对喷管进行二维数值模拟研究,可显示液体射流的一次雾化和二次雾化过程,喷管出口雾滴群的SMD为5.03μm,并且气溶胶达到稳定性位置在x/d=50(即距离喷射位置5mm)。确定了燃料在喷管内部驻留时间为181μs。(4)确定了雾滴群在连续旋转爆轰燃烧室内不发生惯性分离的最大SMD为6μm;进而探究了来流气体物性参数、喷嘴几何结构及气液比对雾化性能的影响。研究发现:来流气体温度对喷嘴雾化性能的影响不大,当量比小于2.5时,喷嘴雾化性能满足预计雾化指标。(5)在喷嘴的变工况雾化性能分析中,进气压力分别为4bar、5bar工况下,该喷嘴满足设计要求,进气压力3bar工况时不满足;在进口压力4bar,温度497.5K,当量比为1条件下,新型拉法尔喷管出口速度在500-800m/s之间,平均速度为734.12m/s,Ma为1.64,出口当量比分布在0.5-1.2之间,平均当量比为0.75。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ511.1
【部分图文】：
式中，Ｒｅ、Ｗｅｂｅｒ是雷诺数与韦伯数，是喷嘴直径，尽管直射式喷嘴拥有结构简单，逡逑结实耐用，流动损失小等优点，但是其雾化质量较差。逡逑２、压力旋流雾化喷嘴，也称作简单离心式喷嘴，顾名思义，它是利用较高的液态燃逡逑料压力差驱使燃油在喷嘴处产生油膜进而发生雾化，在喷嘴内部液态燃料要经过旋流件逡逑进而发生高速旋转，随后经过一个渐缩通道对燃油进行加速，目的是利用液体在喷嘴出逡逑口处与空气产生高速的速度差进而发生破碎、雾化。气旋流件与压力差对燃油的雾化性逡逑能影响甚大，因此在做试验时对试验台的要求很高。２００９年，北京理工大学姜磊等人逡逑利用压力雾化喷嘴对生物柴油进行试验与数值模拟，相同工况条件下的生物柴油（Ｂ１００）逡逑和柴油（Ｄ）喷雾特性的索特尔平均直径（ＳＭＤ）比较如图１．２所示。喷孔直径０．２８ｍｍ，逡逑喷油压力７０ＭＰａ，压力背景压力１．７ＭＰａ的条件下，数值模拟采用ＫＨＲＴ雾化模型，使逡逑数值模拟结果和试验很好的吻合，索特尔平均直径（ＳＭＤ）在１０（＿ｕｒｉ以下。２０１４年，沈逡逑阳黎明航空发动机有限公司李明等人［２（）］对航机舰改的压力雾化喷嘴进行对比试验，在副逡逑油路单独工作条件下，对航空煤油和轻柴油均能雾化到２５邋Ｐｍ以内，试验喷嘴结构图及逡逑简图如图１．３。逡逑
式中，Ｒｅ、Ｗｅｂｅｒ是雷诺数与韦伯数，是喷嘴直径，尽管直射式喷嘴拥有结构简单，逡逑结实耐用，流动损失小等优点，但是其雾化质量较差。逡逑２、压力旋流雾化喷嘴，也称作简单离心式喷嘴，顾名思义，它是利用较高的液态燃逡逑料压力差驱使燃油在喷嘴处产生油膜进而发生雾化，在喷嘴内部液态燃料要经过旋流件逡逑进而发生高速旋转，随后经过一个渐缩通道对燃油进行加速，目的是利用液体在喷嘴出逡逑口处与空气产生高速的速度差进而发生破碎、雾化。气旋流件与压力差对燃油的雾化性逡逑能影响甚大，因此在做试验时对试验台的要求很高。２００９年，北京理工大学姜磊等人逡逑利用压力雾化喷嘴对生物柴油进行试验与数值模拟，相同工况条件下的生物柴油（Ｂ１００）逡逑和柴油（Ｄ）喷雾特性的索特尔平均直径（ＳＭＤ）比较如图１．２所示。喷孔直径０．２８ｍｍ，逡逑喷油压力７０ＭＰａ，压力背景压力１．７ＭＰａ的条件下，数值模拟采用ＫＨＲＴ雾化模型，使逡逑数值模拟结果和试验很好的吻合，索特尔平均直径（ＳＭＤ）在１０（＿ｕｒｉ以下。２０１４年，沈逡逑阳黎明航空发动机有限公司李明等人［２（）］对航机舰改的压力雾化喷嘴进行对比试验，在副逡逑油路单独工作条件下，对航空煤油和轻柴油均能雾化到２５邋Ｐｍ以内，试验喷嘴结构图及逡逑简图如图１．３。逡逑
能雾化固体工质，雾化工质可借助来流气体（亚声速或者超声速）的横向射流和同轴射逡逑流两种形式，目前对空气雾化喷嘴的研宄十分广泛。其研究形式多种多样，试验研宄，逡逑数值模拟中也有界面追中发和拉格朗日粒子非稳态追踪法两种，ｆｏｒｔｒａｍ编程，ｏｐｅｎｆｏｒｍ－逡逑Ｌｉｎｕｘ等。超细雾化是指粒子平均直径在２０－４０，之间的颗粒群，亚声速气流的空气雾逡逑化喷嘴大多数是可以达到次要求的，２００３年至今，北京航空航天大学一直在对空气雾逡逑化喷嘴进行相关研究。２００３年，安辉等人设计了一种内混式气动雾化喷嘴如图１．４所逡逑示，并对其进行了试验研[偅诠┢沽
本文编号：2829067
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ511.1
【部分图文】：
式中，Ｒｅ、Ｗｅｂｅｒ是雷诺数与韦伯数，是喷嘴直径，尽管直射式喷嘴拥有结构简单，逡逑结实耐用，流动损失小等优点，但是其雾化质量较差。逡逑２、压力旋流雾化喷嘴，也称作简单离心式喷嘴，顾名思义，它是利用较高的液态燃逡逑料压力差驱使燃油在喷嘴处产生油膜进而发生雾化，在喷嘴内部液态燃料要经过旋流件逡逑进而发生高速旋转，随后经过一个渐缩通道对燃油进行加速，目的是利用液体在喷嘴出逡逑口处与空气产生高速的速度差进而发生破碎、雾化。气旋流件与压力差对燃油的雾化性逡逑能影响甚大，因此在做试验时对试验台的要求很高。２００９年，北京理工大学姜磊等人逡逑利用压力雾化喷嘴对生物柴油进行试验与数值模拟，相同工况条件下的生物柴油（Ｂ１００）逡逑和柴油（Ｄ）喷雾特性的索特尔平均直径（ＳＭＤ）比较如图１．２所示。喷孔直径０．２８ｍｍ，逡逑喷油压力７０ＭＰａ，压力背景压力１．７ＭＰａ的条件下，数值模拟采用ＫＨＲＴ雾化模型，使逡逑数值模拟结果和试验很好的吻合，索特尔平均直径（ＳＭＤ）在１０（＿ｕｒｉ以下。２０１４年，沈逡逑阳黎明航空发动机有限公司李明等人［２（）］对航机舰改的压力雾化喷嘴进行对比试验，在副逡逑油路单独工作条件下，对航空煤油和轻柴油均能雾化到２５邋Ｐｍ以内，试验喷嘴结构图及逡逑简图如图１．３。逡逑
式中，Ｒｅ、Ｗｅｂｅｒ是雷诺数与韦伯数，是喷嘴直径，尽管直射式喷嘴拥有结构简单，逡逑结实耐用，流动损失小等优点，但是其雾化质量较差。逡逑２、压力旋流雾化喷嘴，也称作简单离心式喷嘴，顾名思义，它是利用较高的液态燃逡逑料压力差驱使燃油在喷嘴处产生油膜进而发生雾化，在喷嘴内部液态燃料要经过旋流件逡逑进而发生高速旋转，随后经过一个渐缩通道对燃油进行加速，目的是利用液体在喷嘴出逡逑口处与空气产生高速的速度差进而发生破碎、雾化。气旋流件与压力差对燃油的雾化性逡逑能影响甚大，因此在做试验时对试验台的要求很高。２００９年，北京理工大学姜磊等人逡逑利用压力雾化喷嘴对生物柴油进行试验与数值模拟，相同工况条件下的生物柴油（Ｂ１００）逡逑和柴油（Ｄ）喷雾特性的索特尔平均直径（ＳＭＤ）比较如图１．２所示。喷孔直径０．２８ｍｍ，逡逑喷油压力７０ＭＰａ，压力背景压力１．７ＭＰａ的条件下，数值模拟采用ＫＨＲＴ雾化模型，使逡逑数值模拟结果和试验很好的吻合，索特尔平均直径（ＳＭＤ）在１０（＿ｕｒｉ以下。２０１４年，沈逡逑阳黎明航空发动机有限公司李明等人［２（）］对航机舰改的压力雾化喷嘴进行对比试验，在副逡逑油路单独工作条件下，对航空煤油和轻柴油均能雾化到２５邋Ｐｍ以内，试验喷嘴结构图及逡逑简图如图１．３。逡逑
能雾化固体工质，雾化工质可借助来流气体（亚声速或者超声速）的横向射流和同轴射逡逑流两种形式，目前对空气雾化喷嘴的研宄十分广泛。其研究形式多种多样，试验研宄，逡逑数值模拟中也有界面追中发和拉格朗日粒子非稳态追踪法两种，ｆｏｒｔｒａｍ编程，ｏｐｅｎｆｏｒｍ－逡逑Ｌｉｎｕｘ等。超细雾化是指粒子平均直径在２０－４０，之间的颗粒群，亚声速气流的空气雾逡逑化喷嘴大多数是可以达到次要求的，２００３年至今，北京航空航天大学一直在对空气雾逡逑化喷嘴进行相关研究。２００３年，安辉等人设计了一种内混式气动雾化喷嘴如图１．４所逡逑示，并对其进行了试验研[偅诠┢沽
本文编号：2829067
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/2829067.html
最近更新
教材专著
