氧—乙炔燃氣發(fā)生器自由射流場測試及表征
發(fā)布時間：2020-12-08 09:44
本論文是在國家自然科學基金（No.51675258）資助下完成。氧-乙炔燒蝕試驗方法作為列入國軍標的材料考核方法,在熱結(jié)構(gòu)材料的性能測試表征中具有權(quán)威而廣泛的應用。測試含有侵蝕粒子組分的高溫復雜氧-乙炔燒蝕流場的精確參數(shù),對考核材料結(jié)果的準確性具有關(guān)鍵影響。當前國內(nèi)外缺乏對含侵蝕粒子的氧-乙炔流場的有效測試手段,這成為本論文研究的主要任務。通過數(shù)值仿真和試驗研究的方法對氧-乙炔燃氣發(fā)生器自由射流場的溫度、速度及熱流密度進行了測試及表征。研究結(jié)果加深了對燃氣流場的理解,為篩選耐燒蝕/侵蝕的絕熱材料提供強有力的數(shù)據(jù)支持,對固體火箭沖壓發(fā)動機的優(yōu)化設(shè)計有重要指導意義。通過理論分析指出了氧-乙炔燃氣發(fā)生器自由射流場測試工作的重點與難點,確定了研究的主要內(nèi)容。從燃氣流場測試的準確性和探究燃氣流場的燃燒特性及流動規(guī)律出發(fā),結(jié)合國軍標中提出的燒蝕材料燒蝕試驗方法,建立二維數(shù)值仿真計算模型,設(shè)計并展開氧-乙炔燃氣發(fā)生器自由射流場的測試試驗。主要研究如下:完成了基于自主設(shè)計的氧-乙炔燃氣發(fā)生器的幾何模型的構(gòu)建和氧-乙炔焰多相流的數(shù)值仿真計算。計算得到了燃氣流場及固相粒子沿運動軌跡的溫度、速度分布云圖,并...
【文章來源】：南昌航空大學江西省
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
高溫燃氣溫度測量方法
2.4.1 燃氣發(fā)生器幾何模型為使仿真計算結(jié)果更加接近真實情況，根據(jù)自主設(shè)計的燃氣發(fā)生器具體設(shè)計仿真邊界條件。由于氧-乙炔焰外流場只與燃氣發(fā)生器出口有關(guān)，在設(shè)理模型和邊界條件時，也只引入了燃氣發(fā)生器噴嘴。燃氣發(fā)生器噴嘴的主視圖 2-1(a)所示，側(cè)視圖如圖 2-1(b)所示。如下圖所示，將燃氣發(fā)生器簡化為高為 49mm，半徑為 10mm 的圓柱；一個高為 0.5mm，半徑為(2.5+cos30°)m圓柱；一個高為 0.5mm，上底面為(2.5+cos30°)mm，下底面為 2.5mm 的圓臺組外圈的 16 個Φ1mm 小孔為氧-乙炔混合氣的入口；內(nèi)圈的 12 個Φ1mm 小孔氣入口，其孔面與豎直方向形成 30°夾角，起到送粉的作用。另外，最外層16 個Φ1mm 氮氣入口，可起到保護焰流場和冷卻燃氣發(fā)生器的作用，下圖給出，仿真模型中以燃氣發(fā)生器為中心，內(nèi)徑為 10mm，外徑 50mm 的圓環(huán)燃氣發(fā)生器噴氣方向提供速度為 1m/s 的流動空氣來替代。此處，燃氣發(fā)生部結(jié)構(gòu)做了簡化處理，未做詳細介紹。
南昌航空大學碩士學位論文 第 2 章 氧-乙炔焰多相流數(shù)值仿真計算2.4.2 計算區(qū)域及網(wǎng)格劃分以燃氣發(fā)生器噴嘴和氧-乙炔焰為依據(jù)應用 CFD 仿真軟件繪制一個50mm×550mm 的矩形區(qū)域來建立氧-乙炔焰多相流的物理模型，由于其物理模型是軸對稱體，在對氧-乙炔焰多相流場模擬仿真時，可根據(jù)對稱原理只對其二分之一模型展開研究計算。在氧-乙炔燃燒反應過程中，由于噴嘴出口位置燃燒組分的濃度高和燃燒劇烈導致流場此處的各項參數(shù)變化很大，所以對燃氣出口、載氣出口及周對稱等區(qū)域的網(wǎng)格進行了加密處理，計算域中心部位的網(wǎng)格遠密于邊緣的外流場處。該計算模型網(wǎng)格單元總數(shù)為 42000，網(wǎng)格面總數(shù)為 84000，網(wǎng)格節(jié)點總數(shù)為 42000，計算區(qū)域網(wǎng)格及局部放大示意圖如 2-2(a)、(b)所示。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Effects of the Reynolds number on the mean skin friction decomposition in turbulent channel flows[J]. Yitong FAN,Cheng CHENG,Weipeng LI. Applied Mathematics and Mechanics(English Edition). 2019(03)
[2]湍流熱對流DNS多分辨率并行直接求解方法[J]. 包蕓,何建超,方明衛(wèi). 計算物理. 2019(06)
[3]基于顆粒軌跡的氣流式分級機工藝參數(shù)優(yōu)化[J]. 曾云,吳文秀,余丹逵. 石油機械. 2018(11)
[4]基于RANS和LES的汽油、柴油及其摻混燃料壓燃燃燒特性數(shù)值模擬研究[J]. 王滸,張曉林,鄭尊清,閆博文,李彩云. 內(nèi)燃機工程. 2018(05)
[5]共線雙脈沖激光誘導擊穿光譜技術(shù)檢測鋁合金中的Cr和Mn[J]. 楊瑞兆,蘇雪嬌,於有利,周衛(wèi)東. 強激光與粒子束. 2018(09)
[6]基于光源相對光譜功率分布的顏色真值獲取方法[J]. 王紅,楊建峰,薛彬,宋延松,解培月. 光譜學與光譜分析. 2018(03)
[7]基于紅外探測的新型熱流密度傳感器設(shè)計[J]. 姜韜,孔德仁,郭雨巖. 國外電子測量技術(shù). 2017(11)
[8]二維多相反應流的歐拉數(shù)值方法[J]. 劉晶晶,曾現(xiàn)洋,倪國喜. 計算物理. 2018(01)
[9]接觸式測溫技術(shù)綜述[J]. 謝清俊,羅犟,程爽. 中國儀器儀表. 2017(08)
[10]基于亞歷山大效應測量固體火箭發(fā)動機燃氣溫度[J]. 胡松啟,陳靜,劉凱,黃洪勇. 含能材料. 2015(01)
博士論文
[1]爆炸體系瞬態(tài)溫度實時診斷[D]. 周學鐵.南京理工大學 2009
[2]激光光譜診斷技術(shù)及其在發(fā)動機燃燒研究中的應用[D]. 李麥亮.國防科學技術(shù)大學 2004
[3]固體推進劑火焰溫度分布測量[D]. 朱曙光.清華大學 2003
碩士論文
[1]基于CIELAB顏色空間的色差公式參數(shù)因子優(yōu)化研究[D]. 王建剛.曲阜師范大學 2014
[2]一種合成燃料油的實驗研究和燃燒過程數(shù)值模擬[D]. 匡中付.中南大學 2011
[3]PIV測試中示蹤粒子性能的研究[D]. 趙宇.大連理工大學 2004
本文編號：2904883
【文章來源】：南昌航空大學江西省
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
高溫燃氣溫度測量方法
2.4.1 燃氣發(fā)生器幾何模型為使仿真計算結(jié)果更加接近真實情況，根據(jù)自主設(shè)計的燃氣發(fā)生器具體設(shè)計仿真邊界條件。由于氧-乙炔焰外流場只與燃氣發(fā)生器出口有關(guān)，在設(shè)理模型和邊界條件時，也只引入了燃氣發(fā)生器噴嘴。燃氣發(fā)生器噴嘴的主視圖 2-1(a)所示，側(cè)視圖如圖 2-1(b)所示。如下圖所示，將燃氣發(fā)生器簡化為高為 49mm，半徑為 10mm 的圓柱；一個高為 0.5mm，半徑為(2.5+cos30°)m圓柱；一個高為 0.5mm，上底面為(2.5+cos30°)mm，下底面為 2.5mm 的圓臺組外圈的 16 個Φ1mm 小孔為氧-乙炔混合氣的入口；內(nèi)圈的 12 個Φ1mm 小孔氣入口，其孔面與豎直方向形成 30°夾角，起到送粉的作用。另外，最外層16 個Φ1mm 氮氣入口，可起到保護焰流場和冷卻燃氣發(fā)生器的作用，下圖給出，仿真模型中以燃氣發(fā)生器為中心，內(nèi)徑為 10mm，外徑 50mm 的圓環(huán)燃氣發(fā)生器噴氣方向提供速度為 1m/s 的流動空氣來替代。此處，燃氣發(fā)生部結(jié)構(gòu)做了簡化處理，未做詳細介紹。
南昌航空大學碩士學位論文 第 2 章 氧-乙炔焰多相流數(shù)值仿真計算2.4.2 計算區(qū)域及網(wǎng)格劃分以燃氣發(fā)生器噴嘴和氧-乙炔焰為依據(jù)應用 CFD 仿真軟件繪制一個50mm×550mm 的矩形區(qū)域來建立氧-乙炔焰多相流的物理模型，由于其物理模型是軸對稱體，在對氧-乙炔焰多相流場模擬仿真時，可根據(jù)對稱原理只對其二分之一模型展開研究計算。在氧-乙炔燃燒反應過程中，由于噴嘴出口位置燃燒組分的濃度高和燃燒劇烈導致流場此處的各項參數(shù)變化很大，所以對燃氣出口、載氣出口及周對稱等區(qū)域的網(wǎng)格進行了加密處理，計算域中心部位的網(wǎng)格遠密于邊緣的外流場處。該計算模型網(wǎng)格單元總數(shù)為 42000，網(wǎng)格面總數(shù)為 84000，網(wǎng)格節(jié)點總數(shù)為 42000，計算區(qū)域網(wǎng)格及局部放大示意圖如 2-2(a)、(b)所示。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Effects of the Reynolds number on the mean skin friction decomposition in turbulent channel flows[J]. Yitong FAN,Cheng CHENG,Weipeng LI. Applied Mathematics and Mechanics(English Edition). 2019(03)
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[4]基于RANS和LES的汽油、柴油及其摻混燃料壓燃燃燒特性數(shù)值模擬研究[J]. 王滸,張曉林,鄭尊清,閆博文,李彩云. 內(nèi)燃機工程. 2018(05)
[5]共線雙脈沖激光誘導擊穿光譜技術(shù)檢測鋁合金中的Cr和Mn[J]. 楊瑞兆,蘇雪嬌,於有利,周衛(wèi)東. 強激光與粒子束. 2018(09)
[6]基于光源相對光譜功率分布的顏色真值獲取方法[J]. 王紅,楊建峰,薛彬,宋延松,解培月. 光譜學與光譜分析. 2018(03)
[7]基于紅外探測的新型熱流密度傳感器設(shè)計[J]. 姜韜,孔德仁,郭雨巖. 國外電子測量技術(shù). 2017(11)
[8]二維多相反應流的歐拉數(shù)值方法[J]. 劉晶晶,曾現(xiàn)洋,倪國喜. 計算物理. 2018(01)
[9]接觸式測溫技術(shù)綜述[J]. 謝清俊,羅犟,程爽. 中國儀器儀表. 2017(08)
[10]基于亞歷山大效應測量固體火箭發(fā)動機燃氣溫度[J]. 胡松啟,陳靜,劉凱,黃洪勇. 含能材料. 2015(01)
博士論文
[1]爆炸體系瞬態(tài)溫度實時診斷[D]. 周學鐵.南京理工大學 2009
[2]激光光譜診斷技術(shù)及其在發(fā)動機燃燒研究中的應用[D]. 李麥亮.國防科學技術(shù)大學 2004
[3]固體推進劑火焰溫度分布測量[D]. 朱曙光.清華大學 2003
碩士論文
[1]基于CIELAB顏色空間的色差公式參數(shù)因子優(yōu)化研究[D]. 王建剛.曲阜師范大學 2014
[2]一種合成燃料油的實驗研究和燃燒過程數(shù)值模擬[D]. 匡中付.中南大學 2011
[3]PIV測試中示蹤粒子性能的研究[D]. 趙宇.大連理工大學 2004
本文編號：2904883
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