燃气发生器点火与燃烧性能研究

论文摘要

本文通过理论分析、试验研究和数值模拟等方法研究了燃气发生器的点火特性与燃烧性能,发现了影响直接燃烧式三组元燃气发生器点火特性与燃烧性能的关键因素及其影响规律,提出了改善燃气发生器点火特性与提高燃气发生器燃烧性能的方法,并得到了试验验证。研究结果加深了对燃气发生器内部工作过程的理解,对燃气发生器的应用和优化设计有重要指导意义。通过理论分析指出了燃气发生器研究的重点与难点,确定了燃气发生器研究的主要内容。分析表明:水的加入在降低燃烧室温度的同时,也显著降低了燃气发生器的点火与燃烧性能;氧气/Lf80燃气发生器燃烧效率与液滴蒸发速率密切相关;气体流速大导致火焰难以在燃烧室内稳定,是空气/ Lf80-01燃气发生器点火困难的主要原因。采用理论分析与试验研究方法,研究了影响燃气发生器点火性能的主要因素及其影响规律。研究结果表明:点火温度对火炬点火器的点火能力有重要影响;燃气发生器点火困难的根本原因在于水的加入使化学反应与火焰传播速率大幅下降、从而导致火焰不容易稳定;点火热气流温度、燃料含水量、燃烧室内气体流速、余氧系数、总流量等因素对燃气发生器点火性能影响很大。在此研究基础上,提出了合适的点火方案,可以保证燃气发生器具有非常高的点火可靠性。通过试验研究和数值模拟方法研究了氧气/Lf 80燃气发生器的燃烧性能。通过试验研究了喷嘴结构、燃料含水量、扰流环、余氧系数和总流量等因素对燃气发生器燃烧性能的影响,结合数值计算结果分析了燃气发生器燃烧过程的特点,以及扰流环对燃气发生器燃烧过程的影响。研究结果表明:水的加入对燃烧室的降温作用明显,整个燃烧室内温度较低;液滴蒸发速率是影响燃气发生器燃烧效率的关键因素,提高燃气发生器燃烧效率的主要方法是改善液滴的蒸发。通过改进喷嘴结构、降低燃料含水量、在燃烧室内安装扰流环等措施均显著提高了燃烧效率,其中在燃烧室内安装扰流环还可以提高燃气发生器的燃烧稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 燃气发生器的分类与研究现状
• 1.2.1 单组元燃气发生器
• 1.2.2 两组元燃气发生器
• 1.2.3 三组元燃气发生器
• 1.3 直接燃烧式三组元燃气发生器工作过程分析
• 1.3.1 水的加入对燃气发生器点火性能的影响分析
• 1.3.2 水的加入对燃气发生器燃烧性能的影响
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 试验研究基础
• 2.1 燃气发生器
• 2.1.1 点火器
• 2.1.2 喷注器
• 2.1.3 燃烧室与喷管
• 2.1.4 火焰稳定器
• 2.1.5 燃气发生器工作参数
• 2.2 试验系统
• 2.1.1 试验台架
• 2.1.2 燃气发生器系统
• 2.1.3 供应系统
• 2.1.4 测控系统
• 2.3 试验研究方案
• 2.3.1 试验研究目标
• 2.3.2 试验研究内容
• 2.3.3 试验研究方法
• 2.4 小结
• 第三章 点火特性试验研究
• 3.1 火炬点火器研究
• 3.1.1 火炬点火器试验结果
• 3.1.2 点火能量计算
• 3.1.3 提高点火能量的措施与分析
• 3.2 氧气/Lf80 燃气发生器点火性能试验研究
• 3.2.1 点火结果介绍
• 3.2.2 点火温度、流量和能量对燃气发生器点火性能的影响
• 3.2.3 燃料含水量对燃气发生器点火延迟的影响
• 3.2.4 点火策略
• 3.3 空气/ Lf80-01 燃气发生器点火特性研究
• 3.3.1 点火特性简要介绍
• 3.3.2 点火特性试验结果分析
• 3.3.3 点火问题解决方案
• 3.4 小结
• 第四章 氧气/Lf80 燃气发生器燃烧性能试验研究
• 4.1 燃烧性能评价与改进方法
• 4.1.1 燃烧性能评价方法
• 4.1.2 提高燃烧效率的方法
• 4.1.3 提高燃烧稳定性的方法
• 4.2 余氧系数和推进剂总流量对燃烧效率的影响
• 4.2.1 余氧系数对燃烧效率的影响
• 4.2.2 推进剂总流量对燃烧性能的影响
• 4.3 喉部尺寸对燃烧效率的影响
• 4.4 喷嘴结构对燃气发生器燃烧效率的影响
• 4.4.1 燃料压降
• 4.4.2 氧气压降
• 4.4.3 喷嘴缩进
• 4.4.4 喷嘴数量
• 4.5 燃料含水量对燃烧效率的影响
• 4.6 扰流环及其安装位置对燃烧性能的影响
• 4.6.1 扰流环及其安装位置对燃烧效率的影响
• 4.6.2 扰流环对燃烧稳定性的影响
• 4.7 小结
• 第五章 燃烧过程数值模拟
• 5.1 基本假设
• 5.1.1 液滴蒸发过程基本假设
• 5.1.2 喷雾燃烧过程基本假设
• 5.2 控制方程和物理模型
• 5.2.1 控制方程
• 5.2.2 物理模型
• 5.3 数值计算方法
• 5.3.1 网格生成
• 5.3.2 定解条件
• 5.4 数值计算结果分析
• 5.4.1 燃气发生器燃烧室流场分析
• 5.4.2 扰流环的安装对燃烧室流场的影响
• 5.5 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果