發(fā)布時(shí)間：2020-11-08 12:08

　　 爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)是一種新概念發(fā)動(dòng)機(jī),具有燃燒效率高,污染排放少的優(yōu)點(diǎn),在許多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用空間。但是要將爆轟技術(shù)成功應(yīng)用還面臨很多問(wèn)題。目前絕大多數(shù)爆轟試驗(yàn)都使用可燃?xì)怏w作為燃料,使用液體燃料很難實(shí)現(xiàn)爆轟。使用液體燃料進(jìn)行爆轟的主要難點(diǎn)之一是燃料霧化問(wèn)題。爆轟波在燃燒室中傳播速度高達(dá)數(shù)馬赫,燃料噴射系統(tǒng)必須要在幾毫秒之內(nèi)完成燃料的霧化、蒸發(fā)及摻混。為了燃料更快速的蒸發(fā)及摻混,霧化后的液滴直徑必須要達(dá)到微米級(jí)。本文首先通過(guò)理論分析,數(shù)值計(jì)算的方式確定了一種最適合爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)使用的霧化模型,然后對(duì)這種霧化模型影響霧化效果的多種因素進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,用單因素的方法分析各個(gè)因素對(duì)霧化效果的影響規(guī)律。之后通過(guò)正交試驗(yàn)綜合考慮各種因素的共同作用進(jìn)行優(yōu)化,確定最佳參數(shù)組合。根據(jù)現(xiàn)有霧化模型的霧化原理設(shè)計(jì)噴嘴結(jié)構(gòu),并且搭建試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)綜述了爆轟理論、爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)及霧化理論的發(fā)展現(xiàn)狀,明確了柴油爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)燃料霧化系統(tǒng)需要滿足的條件。綜述了Fluent中的計(jì)算理論。分析了常用的幾種霧化模型工作原理、霧化特點(diǎn)及適用范圍。(2)通過(guò)Fluent數(shù)值計(jì)算確定最優(yōu)霧化模型,計(jì)算噴嘴氣路直徑、來(lái)流速度、流場(chǎng)壓力、流場(chǎng)溫度、噴射角度、柴油供油速度單獨(dú)作用時(shí)對(duì)霧化質(zhì)量的影響以及液滴直徑分布,分析影響規(guī)律。(3)通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。分別在6個(gè)因素的計(jì)算結(jié)果中選擇具有代表性的值構(gòu)建6因素5水平的正交試驗(yàn)表。根據(jù)正交試驗(yàn)表中的因素水平組合,進(jìn)行25次數(shù)值計(jì)算,分析各個(gè)因素共同作用時(shí)對(duì)霧化效果影響趨勢(shì),確定最優(yōu)參數(shù)組合。(4)根據(jù)最優(yōu)霧化模型的霧化原理設(shè)計(jì)噴嘴結(jié)構(gòu)并搭建霧化試驗(yàn)臺(tái),根據(jù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)備選型,在霧化試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行噴嘴霧化試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證噴嘴霧化質(zhì)量能否達(dá)到要求以及計(jì)算模型的可靠性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK401
【部分圖文】：

南京航空航天大學(xué)，中科院力學(xué)研究大學(xué)[26]等，關(guān)于旋轉(zhuǎn)爆轟技術(shù)的研究較少，對(duì)適用幾乎沒(méi)有研究。因此，研究適用于液體燃料旋轉(zhuǎn)爆際意義。的發(fā)展的發(fā)展便被發(fā)現(xiàn)。十九世紀(jì)末，Chapman[27]和 Jouguet[28對(duì)爆轟波傳播方式做了一定簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上，分別提波傳播過(guò)程，這就是 CJ 爆轟理論。聯(lián)的 Zeldovich[29]，1942 年美國(guó)的 Von Neumann[30立地對(duì) CJ 理論進(jìn)行改進(jìn)，提出了爆轟的 ZND 模型 年代，通過(guò)爆轟實(shí)驗(yàn)中對(duì)爆轟波的不斷研究，發(fā)現(xiàn)陣面具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，圖 1.1 為爆轟波胞格結(jié)

轉(zhuǎn)爆轟數(shù)值模擬計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果深入分析了旋轉(zhuǎn)爆轟波的自持傳播機(jī)理。avidenko[47]等人在二維歐拉方程的基礎(chǔ)上，對(duì)旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的流場(chǎng)進(jìn)行了擬。Hishida[48]等人利用簡(jiǎn)化后的二維簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng)模型對(duì)旋轉(zhuǎn)爆轟進(jìn)行計(jì)算，得到了夠穩(wěn)定傳播的爆轟波并且研究了爆轟波所形成的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。Yi[49]等人建立了三維計(jì)算型，比較了單波與雙波旋轉(zhuǎn)爆轟情況下爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的區(qū)別。Yamada[50-51]等人要研究爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)中旋轉(zhuǎn)爆轟的爆轟極限，經(jīng)過(guò)對(duì)大量計(jì)算結(jié)果的總結(jié)與分析，得到爆轟閾值下限與燃燒室大小有關(guān)，而爆轟閾值上限與燃燒室大小無(wú)關(guān)的結(jié)論。raun[52-53]等人在建立了燃燒室進(jìn)氣端面大小不變的二維旋轉(zhuǎn)爆轟模型的基礎(chǔ)上，探索爆轟波在燃燒室中的傳播方式。如圖 1.2（a）和圖 1.2（b）所示，旋轉(zhuǎn)爆轟波在圓環(huán)燃燒室中是繞燃燒室旋轉(zhuǎn)傳播的。燃料噴嘴在圓環(huán)形燃燒室一端均布，將燃燒劑和氧劑依次沿燃燒室軸線方向噴入燃燒室，點(diǎn)火之后旋轉(zhuǎn)爆轟波波前沿燃燒室周向高速旋傳播，順次點(diǎn)燃噴嘴噴射的可燃混合物，高溫高壓燃?xì)庠谕�軸環(huán)形燃燒室高速旋轉(zhuǎn)傳，從噴管噴出做功。

常生活中非常常見(jiàn)，在許多方面都有應(yīng)用。霧化通，變成液膜或者很細(xì)的射流。當(dāng)液膜和射流噴出霧發(fā)生失穩(wěn)，進(jìn)而導(dǎo)致液膜破碎或射流斷裂成為液滴成大量液滴，從而極大增加原有液體的表面積。燃，能夠加強(qiáng)傳熱傳質(zhì)過(guò)程[57]。燃油霧化后與空氣混果的好壞，對(duì)燃燒性能有非常大的影響，直接決定了通常所說(shuō)的噴嘴，能夠?qū)⒁后w霧化成液滴主要有兩質(zhì)之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)；二是利用特殊結(jié)構(gòu)將液體延要就是通過(guò)上述兩種方式將連續(xù)液體離散為大量液方式：射流破碎與液膜破碎[61-66]。發(fā)現(xiàn)射流破碎現(xiàn)象，并提出了相關(guān)理論，圖 1.3 為
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