气动谐振点火器的试验及数值模拟研究

论文摘要

气动谐振加热过程的试验研究是气动谐振点火器设计的关键。本文针对喷嘴-锥柱形谐振管系统和环形喷嘴-锥柱形谐振管系统进行了试验研究。试验结果揭示了这两种喷嘴-谐振管系统的谐振规律以及影响谐振效果的因素。为了准确反映喷嘴-谐振管系统加热过程的内在机理,运用Fluent软件对喷嘴-谐振管系统的耦合流场进行了数值模拟。计算结果表明喷嘴-谐振管系统的流动过程可以分为三个阶段:谐振管内的激波运动阶段、谐振管口的弓形激波运动阶段以及谐振管内的膨胀波运动阶段。在试验和数值模拟的基础上,分别设计了基于环形喷嘴-锥柱形谐振管系统的气氧-乙烯谐振点火器以及基于喷嘴-锥柱形谐振管系统的气氧-酒精谐振点火器。同时对其进行了试验研究,均可成功点火,并形成稳定的点火火炬,表明这两种谐振点火器具有一定的工程应用价值。特别的,本文针对气氧-酒精谐振点火器提出了一种新的点火工作模式,并进行了试验验证,结果显示该点火模式具有混合比可调、点火延迟时间短的优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.2 气动谐振管加热现象的物理描述
• 1.3 国内外的研究概况
• 1.3.1 机理研究
• 1.3.2 应用研究
• 1.4 论文的研究内容
• 第二章 气动谐振管加热及点火研究试验系统
• 2.1 供应系统
• 2.1.1 空气路
• 2.1.2 氮气路
• 2.1.3 氧气路
• 2.1.4 乙烯路
• 2.1.5 酒精路
• 2.2 控制和测量系统
• 2.3 喷嘴-谐振管系统的基本构型
• 2.4 小结
• 第三章 气动谐振管加热过程的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 喷嘴-锥柱形谐振管加热过程研究
• 3.2.1 D/d 对谐振效果的影响
• 3.2.2 G/d 对谐振效果的影响
• 3.2.3 锥柱形谐振管柱段尺寸对谐振效果的影响
• 3.2.4 驱动气体的总压与外界反压之比对谐振效果的影响
• 3.2.5 驱动气体的流量对谐振效果的影响
• 3.3 喷嘴与谐振管的匹配试验
• 3.4 环形喷嘴-锥柱形谐振管加热过程研究
• 3.5 小结
• 第四章 气动谐振管加热过程的数值模拟
• 4.1 声速喷嘴欠膨胀自由喷流的数值模拟
• 4.2 喷嘴-谐振管系统的数值模拟
• 4.2.1 控制方程及物理模型和数值方法
• 4.2.2 网格设计
• 4.2.3 定解条件
• 4.2.4 喷嘴-谐振管系统加热过程分析
• 4.2.5 谐振管封闭端的振荡模式
• 4.3 圆柱形谐振管与锥柱形谐振管的比较
• 4.4 小结
• 第五章 气动谐振点火器的方案分析与试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 气动谐振点火技术方案分析
• 5.3 气氧-乙烯谐振点火器的试验研究
• 5.4 气氧-酒精谐振点火器的试验研究
• 5.5 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表论文