液态碳氢燃料动力装置中闪蒸机理及其燃烧特性的实验研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
50976094
项目类别：
面上项目
资助金额：
37.0万
负责人：
范玮
依托单位：
西北工业大学
学科分类：
E0604.燃烧学
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
郭伟民；杨秉玉；李江红；王育虔；李建玲；秦红强；涂洪妍；
关键词：
液态碳氢燃料闪蒸机理喷雾动力学燃烧性能

项目摘要

探求液态碳氢燃料的高速蒸发燃烧方法，是高速动力研究领域急需攻克的关键技术之一。本项目拟采用瞬间蒸发（闪蒸）技术，对液态碳氢燃料加温加压使其跨越蒸发相变过程达到超临界状态，直接以气态形式进行燃烧，从而大幅度提高油气蒸发混合和燃烧速率。闪蒸燃烧即在超临界环境中进行液体油滴蒸发和燃烧，属国际三大"超燃烧"研究热点之一，存在于液体火箭发动机、航空燃气轮机、柴油机等高压燃烧装置中，但因研究难度大，尚未形成定量的理论规律体系。本研究拟以实验方法为主，以闪蒸为研究对象，作出典型的液态碳氢燃料（如航空煤油、JP10等）与空气或氧气混合物系统达到相平衡时的压力－温度图，指明这些液态碳氢燃料发生闪蒸的条件；给出其超临界闪蒸喷雾场的物理描述和动力学控制机理；研究闪蒸模式对燃烧性能如点火延迟时间、火焰传播速度、燃烧效率的影响，以定量关系式的形式给出研究结果，着力解决与液态碳氢燃料闪蒸相关的燃烧应用基础问题。

结项摘要

动力装置是未来高性能飞行器研制成功的决定性因素之一，液态碳氢燃料的快速蒸发燃烧技术对高速动力领域的开拓意义重大。闪蒸，即瞬间蒸发技术，对燃料加温加压使得其跨过蒸发相变过程直接以气态形式进行燃烧，可大幅度提高油气的蒸发混合和燃烧速率。闪蒸技术的应用必将涉及燃料的亚临界、临界、超临界状态，因而超临界喷射的相关研究必不可少。. 本项目旨在探索闪蒸和超临界喷射机理，对此开展了大量的实验和数值研究，取得以下成果：（1）对典型液态碳氢燃料——航空煤油闪蒸状态的实现方法和条件进行了深入研究，给出了航空煤油发生闪蒸所需的条件；（2）对超临界喷雾场的物理描述和动力学影响因素进行了实验探索，给出了超临界航空煤油喷射扩张角的主要影响因素和控制规律；（3）发展了液态航空煤油跨临界喷射的破碎动力学机理；（4）对超临界流体物性参数进行了研究，考虑了超临界流体物性参数的特点，并考虑压缩效应和分子间的作用力，给出了适合超临界物性参数预估的计算方法；（5）解决了超临界喷射建模过程中的三大关键问题，建立了超临界喷射数值模拟模型，并得到了现有实验数据的验证；（6）基于建立的模型，对流动参数对于超临界喷射的影响进行了数值模拟，提出了超临界喷射特征参数的控制规律；（7）给出了超临界燃烧的数值模拟模型，与国外的现有模型结果进行了对比验证；（8）开展了大量闪蒸在脉冲爆震火箭发动机中的应用实验研究，研究了闪蒸对发动机性能的影响，验证了闪蒸技术的优越性。以上进展有效地填补了液态碳氢混合燃料超临界喷射研究的空白，为超临界喷射燃烧的研究奠定了基础。. 综上所述，本项目完成了所有研究内容，达到了预定研究目标。共完成学术论文41篇，SCI收录论文11篇、EI收录论文26篇。另外，还有SCI待检论文5篇、EI待检论文6篇，获授权发明专利5项。依托本项目，培养博士生5名，硕士生4名。