过氧化氢自燃点火器的试验研究

论文摘要

本文研究的过氧化氢自燃点火器,采用分段式结构,燃料喷入过氧化氢的高温分解产物中,蒸发并自燃。介绍了有关自燃的燃烧动力学理论、Semenov自燃理论以及应用Semenov方程对自燃范围进行预测的方法。介绍了过氧化氢的催化分解过程、催化分解方式、催化评估以及一维情况下的催化分解模型。对过氧化氢的催化分解进行了一维数值仿真。对过氧化氢催化床的催化性能进行了试验研究,分析了催化床床载、催化床初始温度对过氧化氢催化分解的影响,与一维情况下的数值仿真结果进行了对比。对喷注器类型、喷管等结构进行了试验研究。研究结果表明,采用带后向台阶的横向喷注器比气液同轴剪切喷注器更易于自燃,后向台阶的高度对燃烧室火焰稳定有影响,燃烧室的特征长度越长,越利于自燃。对燃料喷入时的燃烧室温度、压力及推进剂余氧系数等工作参数进行了试验研究。研究结果表明,当推进剂处于余氧系数小于1或略大于1时,在燃烧室压力相同的情况下喷入燃料,燃烧室温度越高,可自燃的余氧系数越小;在燃烧室温度大致相同的情况下喷入燃料,燃烧室压力越高,可自燃的余氧系数越小;在燃烧室温度、压力大致相同的情况下喷入燃料,余氧系数越高,自燃发生的可能性越大。通过本文的工作,验证了过氧化氢自燃点火器的可行性,积累了相关的设计与试验经验,为深入研究该点火器奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 自燃发动机的研究意义
• 1.2 国内外相关研究的现状以及发展趋势
• 1.2.1 早期的试验研究情况
• 1.2.2 近期的试验研究情况
• 1.3 本文工作简介
• 第二章 自燃理论与过氧化氢催化分解理论
• 2.1 自燃理论
• 2.1.1 自燃的燃烧动力学理论
• 2.1.1.1 自燃的概念
• 2.1.1.2 自燃准则
• 2.1.1.3 自燃延迟
• 2.1.2 Semenov 自燃理论及其对自燃范围的预测
• 2.1.2.1 Semenov 自燃理论
• 2.1.2.2 应用Semenov 自燃理论对自燃范围的预测
• 2.2 过氧化氢催化分解理论
• 2.2.1 过氧化氢的催化过程
• 2.2.2 过氧化氢的催化方式
• 2.2.2.1 液-液催化
• 2.2.2.2 颗粒状催化床催化
• 2.2.2.3 金属催化网催化
• 2.2.3 过氧化氢催化的评估
• 2.2.3.1 过氧化氢催化的主要评价指标
• 2.2.3.2 催化床的评价
• 2.2.4 过氧化氢的催化趋势
• 2.2.5 一维情况下过氧化氢催化分解计算模型
• 2.2.5.1 质量守恒
• 2.2.5.2 流动模型
• 2.2.5.3 液滴蒸发及动力模型
• 2.2.5.4 控制体积下的守恒定律
• 2.2.6 过氧化氢催化分解仿真
• 2.2.6.1 仿真步骤
• 2.2.6.2 仿真结果分析
• 2.3 小结
• 第三章 点火器方案与试验件设计
• 3.1 点火器方案
• 3.1.1 过氧化氢点火器可以采用的点火方案
• 3.1.1.1 有催化与无催化
• 3.1.1.2 完全催化与部分催化
• 3.1.1.3 同相催化与异相催化
• 3.1.2 过氧化氢自燃点火器结构方案
• 3.1.2.1 催化床方案
• 3.1.2.2 喷注器方案
• 3.1.2.3 喷管方案
• 3.2 试验件设计
• 3.2.1 燃烧室
• 3.2.2 同轴喷注器
• 3.2.2.1 燃料喷孔
• 3.2.2.2 氧化剂喷孔
• 3.2.2.3 边区冷却环缝
• 3.2.3 横向喷注器
• 3.2.4 过氧化氢催化床
• 3.2.4.1 催化床#1
• 3.2.4.2 催化床#2
• 3.2.5 喷管喉部
• 第四章 自燃点火器的试验研究
• 4.1 冷试标定
• 4.1.1 过氧化氢文氏管流量标定
• 4.1.2 喷注器燃料喷注孔流量系数标定
• 4.2 点火器热试系统
• 4.2.1 自燃点火器
• 4.2.2 试验系统
• 4.2.2.1 推进剂供应系统
• 4.2.2.2 测量系统
• 4.2.2.3 控制系统
• 4.3 过氧化氢催化分解的试验研究
• 4.3.1 试验系统与试验方案
• 4.3.2 催化分解的试验结果
• 4.4 点火器结构对自燃影响的试验研究
• 4.4.1 试验方案
• 4.4.2 喷注器结构的试验研究
• 4.4.2.1 横向喷注器研究
• 4.4.2.2 同轴喷注器与横向喷注器的性能比较
• 4.4.3 喷管对自燃的影响
• 4.5 试验参数对自燃影响的研究
• 4.5.1 试验方案
• 4.5.2 燃烧室温度对自燃的影响
• 4.5.3 燃烧室压力对自燃的影响
• 4.5.4 余氧系数对自燃的影响
• 4.6 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录A 过氧化氢催化分解热力计算结果
• 附录B 设计工况的热力计算结果
• 附录C 中心区热力计算结果
• 附录D 考虑边区冷却的热力计算结果
• 攻读硕士学位期间所发表论文