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空气/煤油/水燃气发生器点火特性与燃烧性能研究

作　者: 张新桥
导　师: 李清廉
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 燃气发生器点火特性燃烧性能煤油火焰稳定器
分类号: TK16
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文通过理论分析、试验和数值仿真研究了空气/煤油/水燃气发生器的点火特性与燃烧性能。研究结果对空气/煤油/水燃气发生器的设计、性能改进和试验方案的制定具有重要意义。首先,通过冷态喷雾试验研究了燃气发生器喷嘴的流量特性和雾化特性,并对燃气发生器喷注器两种布局结构进行了喷雾试验,优选雾化性能较好的喷注器布局方式。试验结果表明:涡流器离心式喷嘴较其他喷嘴具有更优的雾化性能,因此选用涡流器离心式喷嘴进行热试;单圈6喷嘴均布的喷注器布局方式比单圈3喷嘴的布局方式具有更好的雾化粒子均匀性,雾化粒度也更细。其次,搭建了燃气发生器热试试验台,通过试验研究该型燃气发生器点火特性和燃烧性能。通过改变燃气发生器余氧系数、调节空气环缝宽度、加装火焰稳定器及更换火焰稳定器位置等方式、调节时序等方式,实现该型燃气发生器的可靠点火。研究了余氧系数、火焰稳定器、含水量等因素对燃气发生器燃烧稳定性和燃烧效率的影响规律。研究结果表明:对于该型燃气发生器,实现点火必须借助合适的火焰稳定器;余氧系数过低和过高都不能实现成功点火,余氧系数过低总温低,无法点着火,同等流量下余氧系数过高会导致气流过大,火焰无法稳定;恰当的时序对于点火成功与否至关重要。最后,对安装V型槽火焰稳定器的燃发器稳态流场、V型槽安装位置、V型槽阻塞比、双V型槽火焰稳定器方案等进行了数值仿真。仿真结果表明:V型槽火焰稳定器存在合适的安装范围;高阻塞比的火焰稳定器可以提高点火成功率;水的加入可以在一定程度上提高煤油的蒸发速率,但是存在一个最优值;双V型槽火焰稳定器需要对阻塞比搭配、V型槽安装距离和稳定器安装位置进行优化设计。

全文目录

表目录  7-8
图目录  8-10
摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章绪论  12-17
  1.1 研究背景和意义  12
  1.2 国内外相关研究工作综述  12-15
    1.2.1 空气/煤油燃烧装置的点火特性和燃烧性能的研究概况  13-14
    1.2.2 使用煤油作为燃料的燃气发生器/火箭发动机的研究概况  14-15
  1.3 本文研究内容  15-17
第二章燃气发生器喷嘴喷雾特性研究  17-33
  2.1 引言  17
  2.2 试验系统和试验件  17-22
    2.2.1 试验系统  17-19
    2.2.2 试验件  19-21
    2.2.3 喷雾测量设备  21-22
  2.3 试验结果及分析  22-31
    2.3.1 流量特性试验  22-25
    2.3.2 雾化特性试验  25-31
  2.4 小结  31-33
第三章燃气发生器试验和仿真基础  33-45
  3.1 燃气发生器总体方案设计  33-35
    3.1.1 喷注器设计  33
    3.1.2 火焰稳定器设计  33-35
  3.2 试验系统  35-36
    3.2.1 止推台架  35
    3.2.2 供应系统  35
    3.2.3 测控系统  35-36
  3.3 试验研究方案  36-38
    3.3.1 试验目标  36
    3.3.2 试验方案设计  36-37
    3.3.3 试验方法  37-38
  3.4 数值仿真基础  38-44
    3.4.1 控制方程  38
    3.4.2 数值计算方法  38-39
    3.4.3 物理模型  39-41
    3.4.4 网格划分  41-42
    3.4.5 定解条件  42-44
  3.5 小结  44-45
第四章燃烧流场数值仿真  45-70
  4.1 稳态流场数值仿真  45-51
  4.2 安装位置对火焰稳定器稳焰效果的影响  51-57
  4.3 阻塞比对火焰稳定器稳焰效果的影响  57-63
  4.4 含水量对燃烧流场的影响  63-69
  4.5 小结  69-70
第五章点火特性和燃烧性能试验  70-87
  5.1 空气/煤油点火特性  70-72
  5.2 不加水点火试验结果  72-78
    5.2.1 余氧系数对点火性能的影响  72-74
    5.2.2 环缝宽度对点火性能的影响  74-75
    5.2.3 火焰稳定器对点火性能的影响  75-78
  5.3 加水点火试验结果——含水量对点火性能的影响  78-80
  5.4 时序对点火性能的影响  80-82
  5.5 燃烧性能试验研究  82-84
    5.5.1 余氧系数对燃烧效率的影响  82-83
    5.5.2 火焰稳定器对燃烧效率的影响  83
    5.5.3 含水量对燃烧效率的影响  83-84
  5.6 单/双V 型槽下点火和燃烧性能对比  84-85
  5.7 小结  85-87
第六章双V 型槽稳焰特性仿真研究  87-101
  6.1 阻塞比搭配方案分析  87-90
  6.2 V 型槽安装距离影响分析  90-94
  6.3 双V 型槽安装位置方案分析  94-96
  6.4 双V 型槽的燃烧流场  96-99
  6.5 小结  99-101
结束语  101-103
致谢  103-105
参考文献  105-109
作者在学期间取得的学术成果  109

空气/煤油/水燃气发生器点火特性与燃烧性能研究

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