脈沖爆震發(fā)動機工作過程研究.pdf

1、本文以脈沖爆震發(fā)動機的工作過程為應(yīng)用對象對兩相爆震燃料供給系統(tǒng)的噴霧特性、爆震波的兩步起爆過程、PDE多循環(huán)工作的數(shù)值和實驗研究以及性能分析等幾個方面進行了相關(guān)研究。
　　 首先對兩相爆震燃料供給系統(tǒng)的噴霧特性進行了研究，在簡要分析燃油霧化機理和霧化過程的基礎(chǔ)上，建立了兩相流噴霧模型，在碰撞聚合模型中引入計算粒子球半徑的概念對O’Rourke模型進行了修正，修正后的模型與原模型相比，計算精度大大提高，計算誤差降低了16個百分點。

2、利用改進后的模型對所研究的預(yù)膜式空氣霧化噴嘴在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和供氣壓力下的噴霧場特性進行研究，結(jié)果表明，液滴D32隨著空氣通道直徑和側(cè)路空氣射入角的增大逐漸減小，同時又隨著混合室出口孔徑的增大而逐漸增大。綜合各方面因素考慮，取噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)為：空氣通道直徑Dpath=2.0cm，側(cè)路空氣射入角A=45°，混合室出口孔徑dmixing=1.0mm。隨著供氣壓力的增大，噴霧錐角逐漸增大，液核區(qū)域逐漸減小，液滴D32逐漸減小，液滴分布越來越均勻。

3、當(dāng)供氣壓力達到0.8MPa時，液滴D32約為28.57μm，低于30μm，此時的燃油霧化粒度基本滿足爆震的要求。故對于本文所設(shè)計的預(yù)膜式空氣霧化噴嘴，欲獲得較好的霧化效果，供氣壓力必須達到0.8MPa以上。
　　 兩步起爆是在較短爆震室內(nèi)成功起爆難起爆混合物的較好方法，其關(guān)鍵是爆震波的衍射和重構(gòu)。本文簡要分析爆震衍射理論的基礎(chǔ)上，建立了爆震波衍射模型，對LPG-O2可爆混合物的爆震衍射臨界管徑和胞格尺寸進行了研究，結(jié)果表明，爆震

4、波衍射在主爆震室管徑等于預(yù)爆震室管徑的2～4倍時為超臨界衍射狀態(tài)，當(dāng)主爆震室管徑等于預(yù)爆震室管徑的5倍時為亞臨界衍射狀態(tài)。由此可以推斷，這種可爆混合物的爆震衍射臨界管徑介于10～12.5mm之間，通過理論計算進一步得出LPG在C-J狀態(tài)下的胞格尺寸λCJ介于2.112～2.366mm之間。分析表明，在爆震波衍射的過程中，橫波對爆震波的重構(gòu)起到了關(guān)鍵作用，另外化學(xué)反應(yīng)的敏感度也是影響爆震波能否重構(gòu)的一個重要因素。實驗研究驗證了以上結(jié)論的正

5、確性。
　　 建立了直管PDE多循環(huán)工作過程二維軸對稱仿真模型，對不同燃料一氧化劑的發(fā)動機工作過程進行了數(shù)值研究。結(jié)果表明，隨著碳原子數(shù)的增加，爆震壓力、推力壁壓力和發(fā)動機單位面積沖量依次增大，爆震速度和馬赫數(shù)逐漸降低，且對于同一種燃料而言，氧化劑為O2時的計算值明顯高于氧化劑為Air時的計算值。將其與理論計算結(jié)果進行對比發(fā)現(xiàn)，爆震壓力、速度和馬赫數(shù)相差不大，溫度較理論值偏高，對此進行了原因分析。通過對幾種不同燃料的發(fā)動機單位面

6、積沖量計算結(jié)果的分析，得到單個工作周期的單位面積沖量Iu的計算公式，在此基礎(chǔ)上，初步建立了完全填充條件下直管PDE性能估算模型，并針對模型存在的問題對其進行了有關(guān)流體阻力和兩相流效應(yīng)的修正。
　　 在PDE模型機實驗平臺上開展了反應(yīng)物當(dāng)量比、填充系數(shù)以及點火能量等因素對發(fā)動機性能影響的實驗研究，得到的主要結(jié)論是：兩相爆震發(fā)動機并非在當(dāng)量比附近性能最好，由于兩相流效應(yīng)和流體阻力等因素，當(dāng)量比在1.2左右即富油狀態(tài)下，發(fā)動機性能較好