煤油及其裂解產(chǎn)物自點火現(xiàn)象的初步實驗研究.pdf

1、本文目的是研究煤油氣溶膠及其裂解產(chǎn)物的點火延時和自點火現(xiàn)象。在新研制的兩相激波管中，利用反射激波后氣流，以瞬態(tài)壓力和高分辨率發(fā)射或熒光測量為主，測量了點火延時并研究了自點火現(xiàn)象。主要內(nèi)容如下： (1)第一章簡要介紹了本文研究背景和相關(guān)的國內(nèi)外研究進(jìn)展、主要內(nèi)容等。 (2)第二章主要介紹了兩相激波管研制和實驗狀態(tài)調(diào)試。包括激波管部件設(shè)計和安裝、煤油霧化方法、煤油粒徑Mie散射測量，給出了縫合接觸面運(yùn)行狀態(tài)的計算和調(diào)試結(jié)果，

2、并確認(rèn)了實驗時間。 (3)基于壓力和OH基自發(fā)光信號測量結(jié)果，第三章給出了煤油及其裂解產(chǎn)物點火延時測量結(jié)果。 ·考察了溫度T、壓力p和當(dāng)量比φ對點火延時τig的影響。對于T=1163K～1653K、p=0.1、0.3和0.6MPa、φ=1煤油/空氣溶膠，τig約為0.10ms～6.36ms。當(dāng)T相同，τig隨p升高而減小，擬合得到τig=4.75×10-7p-1.16exp(17360/T)，其中，τig、p、T的單位分

3、別為ms、MPa、K。對p=0.1MPa、T=1348K～1940K、φ=0.5、1和2的煤油裂解產(chǎn)物/空氣混合物，τig約為0.07ms～5.04ms。當(dāng)T相同，τig隨φ增大而減小。擬合得到τig=1.45×10-7φ1.85exp(24950/T)。對不同壓力和當(dāng)量比的點火延時數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，ln(τig)和溫度T均滿足線性分布，這為比較不同條件的點火延時數(shù)據(jù)提供了途徑。 ·對不同p的煤油/空氣，p越大，發(fā)生爆燃對應(yīng)的

4、臨界溫度越低。對不同φ的煤油裂解產(chǎn)物/空氣，φ越大，發(fā)生爆燃對應(yīng)的臨界溫度越高。比較煤油及其裂解產(chǎn)物點火延時數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，爆燃對應(yīng)的點火延時均小于1ms。 (4)針對不同壓力、當(dāng)量比的煤油及其裂解產(chǎn)物，第四章給出了自點火瞬態(tài)流場自發(fā)光成像、OH-PLIF、CH/OH基發(fā)射光譜測量結(jié)果，表征了火焰產(chǎn)生、傳播特征和火焰內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 ·當(dāng)p=0.1MPa、0.3MPa、0.6MPa和φ＝1，測量了煤油/空氣溶膠自點火燃燒流場自發(fā)光

5、成像，給出不同溫度的自點火流場火焰結(jié)構(gòu)和特征，顯示了不同的高、低溫點火機(jī)理。對于低溫點火，在點火起始階段，誘導(dǎo)區(qū)出現(xiàn)多個隨機(jī)分布的火核，火核擴(kuò)展、融合形成火焰面，并向反射端面?zhèn)鞑?。對于高溫點火，在點火起始階段，靠近反射端面形成了火核。當(dāng)點火溫度T>1600K時，點火直接自從反射端面開始。 ·對相同φ、不同T的煤油裂解產(chǎn)物/空氣，其自點火圖像與煤油類似。當(dāng)φ=0.5，火焰區(qū)圖像表明：當(dāng)T=1536K～1568K，仍為弱點火模式。當(dāng)

6、T=1700K，點火起始階段為爆燃，火焰在傳播過程中追趕反射激波，并在觀察窗內(nèi)趕上反射激波形成爆轟。當(dāng)T=1850K，點火起始階段在反射端面就形成了爆轟，火焰呈狹窄的帶狀。 ·針對激光器(YAG+DYE)預(yù)熱后再起動，定性地測量了首次脈沖激光能量，確定了達(dá)到激光能量穩(wěn)定的最大間隔時間，解決了OH-PLIF系統(tǒng)和激波管運(yùn)行的時間同步控制問題，給出了煤油裂解產(chǎn)物自點火流場OH-PLIF測量結(jié)果，確認(rèn)了湍流火焰內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)。

7、 ·測量了自點火流場CH基(CH4/空氣、波長431nm)、OH基(H2/O2、波長308nm)自發(fā)輻射的瞬態(tài)光譜特征譜線，與LIFBASE計算結(jié)果進(jìn)行了比較，給出了擬合的輻射溫度。 (5)第五章給出了全文總結(jié)和下一步研究工作建議。 本文主要特色和創(chuàng)新為： (1)提出“管外預(yù)混”和“循環(huán)進(jìn)氣”思想，研制了兩相激波管、配套的霧化燃料形成和進(jìn)氣系統(tǒng)，保證了煤油氣溶膠在低壓段進(jìn)氣和靜置的均勻性，為低飽和蒸汽壓的液態(tài)碳?xì)?/p>

8、燃料兩相點火提供了新的途徑。激波管所模擬低溫點火的壓力、溫度等均和超燃發(fā)動機(jī)燃燒室參數(shù)接近。 (2)測量了煤油/空氣溶膠、煤油裂解產(chǎn)物/空氣混合物的點火延時，為超燃發(fā)動機(jī)燃燒室設(shè)計提供了基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)。 (3)結(jié)合點火延時和點火燃燒流場自發(fā)光圖像，揭示了煤油氣溶膠及其裂解產(chǎn)物高、低溫的不同點火機(jī)理。 (4)將PLIF方法用于自點火燃燒流場診斷，較好地解決了激波管運(yùn)行、PLIF系統(tǒng)的時間同步控制難題，獲得了火焰內(nèi)部時