煤油点火延时特性及其污染效应的激波管研究

论文摘要

煤油燃烧化学动力学机理研究是近年来超燃研究领域中的热点问题,通过测量煤油在不同燃烧温度、压力状态下的点火延时,可以作为验证燃烧反应机理和简化反应动力学模型的重要依据。通过对煤油点火特性的研究,可以为超燃冲压式发动机燃烧室的设计﹑优化等提供重要的基础数据。激波管是进行燃料点火延时研究的主要实验手段,通过调节入射激波的速度可以获得较大范围的实验温度和压力。本文在较高压力和Ar气低稀释度条件下进行了国产3号航空煤油点火特性及其在污染物H2O和CO2存在时对煤油的点火延时特性影响效应的研究。首先,在新建的激波管基础上搭建完成了包括激波管进气系统﹑配气系统﹑真空系统﹑压力测量系统和光谱测量系统的激波管实验装置,在此基础上对新建激波管系统进行了状态调试。通过进行破膜实验获得了本激波管所用不同类型铝膜对应的临界破膜压力,为实验膜片的选择奠定了基础。其次,利用OH自由基在306.5nm处的特征发射光谱的急剧变化作为点火发生的标志,测量了Fuel/O2/Ar混合气在O2比例为19.88%和稀释气体Ar比例约为80%时,点火压力分别为5.5﹑11和22atm,化学当量比Φ为0.5﹑1和1.5,温度范围为8201580K条件下的国产3号航空煤油点火延时特性,分别考察了压力和当量比对国产3号航煤点火延时的影响,拟合获得了国产3号航煤点火延时与温度﹑压力﹑化学当量比﹑燃料浓度﹑氧化剂浓度等参数相关性的拟合公式为:其中,点火延时时间的单位为s,煤油和O2的浓度为mol/cm3,总压P为atm,Φ为化学当量比,点火活化能的单位为J/mol。最后,在煤油点火延时测量的基础上,分别考察了污染物H2O和CO2对煤油点火延时的影响。首先测量了不加污染物时,化学当量比Φ=1.0的煤油在点火压力为3atm时,点火温度为810～1350K内的点火延时数据,随后在加入污染物H2O为10%和20%以及CO2为10%（体积比）的情况下,测量了煤油点火延时的变化情况。实验结果发现:CO2对煤油的点火延时时间基本没有影响;H2O对煤油点火延时时间的影响存在一个960K的温度临界点,在临界点以上的温度范围内,煤油的点火延时时间不受H2O的影响,而在临界温度以下,H2O对煤油的点火有促进作用,表现为煤油点火延时时间的缩短,而且这种促进作用随着点火温度的降低而更加明显。同时发现,这种促进作用随着H2O加入量的增加,促进效果越来越好。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 测定点火延时的实验装置
• 1.3.1 喷射搅拌反应器
• 1.3.2 连续流动反应管
• 1.3.3 重活塞压缩
• 1.3.4 定容弹
• 1.3.5 激波管
• 1.4 本课题研究目的和内容
• 1.4.1 本课题研究目的
• 1.4.2 本课题研究内容
• 2 激波管实验方法
• 2.1 引言
• 2.2 激波管基本原理
• 2.2.1 正激波理论
• 2.2.2 激波强度与初始压力关系
• 2.2.3 缝合运行条件
• 2.3 本章小结
• 3 煤油点火延时的激波管实验
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验装置和系统介绍
• 3.2.2 实验压力信号测量系统
• 3.2.3 实验光谱信号测量系统
• 3.2.4 测定煤油点火延时所面临的问题
• 3.2.5 煤油进样方式的选择
• 3.2.6 煤油在激波管中的吸附特性
• 3.2.7 煤油点火状态计算
• 3.2.8 煤油替代物模型的选择
• 3.2.9 稀释气体的选择
• 3.2.10 实验过程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同状态下的煤油点火延时
• 3.4 本章小结
• 20 与 CO₂对煤油点火特性的影响'>4 污染物 H₂0 与 CO₂对煤油点火特性的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验条件
• 4.2.2 实验过程
• 20 在激波管中的吸附特性'>4.2.3 H₂0 在激波管中的吸附特性
• 4.3 结果与讨论
• 20 对煤油点火特性的影响'>4.3.1 H₂0 对煤油点火特性的影响
• 2 对煤油点火特性的影响'>4.3.2 CO₂对煤油点火特性的影响
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 后续展望
• 6 总结
• 6.1 本论文主要研究成果
• 6.2 论文的创新点与特色
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目