直射式喷嘴流动特性的数值和试验研究

加力燃烧室喷油杆多采用直射式喷嘴,为进一步分析影响喷油杆通流能力的因素以及喷嘴内部燃油空化的问题,进行了数值和试验研究。选取了Schnerr-Sauer、Singhal 及Zwart-Gerber-Belamri三种空化模型进行比较后,采用Schnerr-Sauer空化模型进行计算,对喷嘴的流量系数、空化区域以及空化源进行了数值模拟,对2种典型直射式喷嘴进行了试验分析。结果表明：喷孔长径比、开孔位置对流量系数影响较大,喷孔前加过渡段能够起到一定的稳流、消除空化的作用,在喷孔大锐角入口处形成明显的空化源,空化体积分数随压力、壁厚和入口段变化,进一步计算发现当进口倒角为30o～45o或者圆角,倒角比W/D=0.2左右时能有效抑制燃油空化。     

直射式喷咀垂直跨流喷油与沙丘驻涡稳定器匹配的实验研究

试验研究了直射式喷咀垂直跨流喷射时, 进口气流速度、喷咀压降与稳定器径向位置等参数对沙丘驻涡(BD)稳定器截面燃油浓度分布的影响, 并与沿z向喷射情况作了比较。结果表明, 垂直跨流喷油与BD稳定器的匹配比沿z向(即水平方向)喷油好。为使良好气动特性与燃烧稳定性的BD稳定器获得推广与应用, 必须考虑喷油方式、气流速度、喷咀压降与稳定器径向位置等参数对燃油浓度分布的影响。      

高速高温空气横向射流条件下直射式喷嘴 燃油轨迹研究

为了优化冲压发动机燃油系统的设计,对高速高温空气来流横向射流条件下直射式喷嘴燃油轨迹进行试验研究和理论分析,试验采用PIV拍摄油雾场,经过Matlab图像处理后获取穿透边界,获得不同空气来流压力(0.17~0.28 MPa)、来流温度(400~750 K)、来流速度(43.641~109.420 m/s)、喷孔直径(0.77~1.00 mm)、燃油压力(1.2~2.7 MPa)下燃油轨迹的变化规律。结果表明:空气来流参数中的温度、压力以及喷油参数中的喷孔直径、燃油压力等对穿透深度均有影响。在试验范围内,随着空气温度或压力增加,燃油穿透深度减小;随着喷油孔径或喷油压力增加,燃油穿透深度增加。通过对燃油粒子和空气来流动量比关系的分析,获得用于预测燃油轨迹的无量纲关系式。     

高温气流中直流式喷嘴后方燃油浓度场计算方法

本文对大量实验结果的分析发现,在高温气流中直流式喷嘴后方燃油浓度（总浓度,即汽相加液相浓度）分布为正态分布.从这一思想出发给出了适合工程设计用,并有一定准确度的直流式喷嘴后方燃油浓度分布的计算公式。这样。用较简单的方法初步解决了高温条件下的直流式喷嘴后方燃油浓度场的计算问题。     

组喷孔喷嘴对双对置柴油机喷雾及燃烧的影响

针对双对置柴油机混合气形成困难的特点，采用CONVERGE CFD软件，建立双对置柴油机数值仿真模型。设计3种汇聚型组喷孔喷嘴的喷孔布置方案，研究在保持喷油压力不变的前提下，对3种方案下喷雾、混合气形成和燃烧过程进行分析。结果表明:与传统喷嘴相比，改进后的组喷孔喷嘴对喷雾贯穿距影响较小，有利于缸内湍流动能的提高，加快缸内混合气的形成速率。同时，组喷孔喷嘴使燃油分布更加均匀，分布区域也更广，有利于改善油气混合质量，提高双对置发动机气缸压力和燃烧效率，达到提升双对置发动机性能的效果。其中，第3种组喷孔布置方案下发动机指示功率可提高7.6%。      

高速热气流中两态燃油浓度分布计算——考虑蒸发的轨道扩散法

本文总结了高速热气流中跨流喷射燃油浓度分布试验研究结果,发展了考虑蒸发情况下计算两态燃油浓度分布的轨道扩散法,表明了高速热气流中两态燃油分布的基本特征。应用考虑蒸发下的轨道扩散法,可以方便地预计直射式喷咀跨流喷射两态燃油分布状况。     

带多圈环形V型稳定器的加力燃烧室两态燃油浓度分布计算

在流场计算和油珠碰壁处理上进一步发展和完善了轨道扩散模型，编制了适用于具有多圈环形V型稳定器和多种喷油布置的加力燃烧室两态燃油浓度计算的通用程序。用于实际加力燃烧室的浓度场计算，可以给出加力燃烧室任意截面上液态、气态和总态燃油浓度分布，各区域内燃油浓度的平均值和周向平均燃油浓度沿径向的分布。     

燃油分布对V形稳定器后燃烧的影响

研究了不同喷射方式和喷油布置形成的不同燃油分布对二元Ｖ形稳定器后燃烧的影响。试验得到火焰前锋形状，不同分布下的贫熄边界，稳定器截面和出口截面温度分布，并计算了燃烧效率。此外还研究了喷油稳定器偏置对燃烧的影响。     

过浓系数与对置活塞发动机的燃烧效率

针对空气利用率用于描述对置活塞（OP2S）二冲程压燃式发动机油气相互作用规律时局限性较大的问题，给出过浓系数的定义并以之作为对置活塞二冲程压燃式发动机缸内油气混合效果的评价指标。在此基础上通过基于CONVERGE软件的数值模拟研究了初始涡流比和喷油器倾角对OP2S燃烧效率的影响规律。结果表明：过浓系数可以排除平均当量比的影响并有效反映喷油参数对油气混合效果的影响。提高涡流比可以强化喷油过程中的油气混合，同时改变喷油过程形成的燃油径向分布。过小或过大的涡流比使燃油过度集中于气缸轴线附近或气缸壁附近，造成局部过浓，喷油结束后的燃烧效率下降。整个循环的燃烧效率由喷油过程中及喷油结束后的燃烧放热过程共同决定。在所研究的范围内，涡流比对燃油径向分布的影响可以使燃烧效率在0.6～1.0的范围内变化。喷油器倾角同样可以改变燃油径向分布位置及燃烧效率，且这一影响可以与涡流对燃油径向分布规律的影响相叠加。     

航空发动机加力燃油总管的数值计算分析

采用商业软件对航空发动机加力燃油总管进行了数值计算,研究了喷油孔的附面层与质量流量的关系,同时分别对喷油孔允许的最大和最小值进行数值模拟,就其流量值与设计值进行了对比。结果表明:喷油孔的加工质量对加力燃油总管流量的影响很大,喷油孔必须按照公差等级Ⅰ的规定进行加工,以保证其质量流量满足设计要求;对于小孔径结构的数值计算,只有充分考虑附面层的因素,才能提高数值计算的准确性。     

喷嘴特性对燃烧室内烟粒浓度和火焰辐射的影响

在一个小模型燃气轮机燃烧室上,试验研究了在燃烧室工作压力为０．５ＭＰａ情况下,简单离心式喷嘴与空气雾化喷嘴、空气雾化喷嘴的不同喷雾锥角等对燃烧室燃烧状况、烟粒浓度和火焰辐射的影响。实验表明：在正常燃烧情况下,简单离心式喷嘴产生较高的烟粒浓度和火焰辐射,并且随着头部油气比增加变得更加明显;而喷雾锥角与头部的良好匹配,则是保证燃烧室正常工作,并使烟粒浓度、火焰辐射降低的重要因素。     

液体中心式气液同轴离心式喷嘴火焰振荡特性

气液同轴离心式喷嘴在特定的结构和工况下极易发生自激振荡,为了探究自激振荡对燃烧过程的影响,针对液体中心式气液同轴离心式喷嘴,开展了氧气和酒精的可视化燃烧试验研究。基于非接触光学观测方法同步获得了喷雾与火焰的动态结构,研究了缩进长度及喷注工况对火焰的动态特性、自激振荡特性以及燃烧效率的影响。研究发现,随着喷嘴缩进长度的增加,火焰从稳态转变为自激振荡状态。稳态燃烧时,火焰具有明显的锥形分布特征,火焰主要分布于锥形液膜表面、喷嘴出口回流区以及喷雾与燃烧室壁面的撞击区域。对于振荡火焰,当缩进长度较小时,火焰附着于喷注面板上且主要发生径向振荡;而当缩进长度增大到一定程度后,火焰周期性地附着并远离喷注面板且由纵向振荡主导。火焰振荡模式的转变是由自激振荡喷雾结构的变化引起的。基于已建立的理论分析模型,深入分析了火焰自激振荡与缩进室内部流动模态的关系。火焰振荡与喷雾自激振荡强弱同步,且当缩进室内部流动处于临界流动状态时最强。此外,研究发现,稳态燃烧时的燃烧效率大于振荡燃烧状态下的燃烧效率,喷嘴缩进可适当提高燃烧效率。     

离心条件下后台阶贫油熄火特性

利用气流通过弯管产生的离心效应来模拟高速旋转的工况,研究高位后台阶火焰稳定器的关键几何参数对液雾燃烧贫油熄火特性的影响.通过控制后台阶高度,台阶板长度,后台阶到上壁面的距离三个几何参数,考察它们对后台阶火焰稳定器贫油熄火特性的影响.试验得到的结果表明在离心条件下,后台阶高度和台阶板长度对贫油熄火特性的影响较大,随着后台...     

燃油喷雾对某小发环形回流燃烧室燃烧特性影响

为研究燃油喷雾特性对某小发环形回流燃烧室主燃区燃烧特性的影响,采用数值模拟的方法,对环涡形燃烧室内燃油喷嘴伸入火焰筒的深度和喷雾偏转角度对燃烧室内的三维两相喷雾、燃烧特性进行了研究。结果表明：喷嘴位置和角度的变化,会导致燃油雾化性能的变化,从而引起燃烧特性的变化;随着喷嘴伸入火焰筒的深度变短,会导致高温区变窄且靠近火焰筒外壁,深度变长则会导致主燃区高温区减小且燃烧不充分;喷雾偏转角度顺时针旋转可使燃油在主燃区燃烧得更加充分。     

尾缘吹气稳定器初始雾化场实验及对燃烧计算的改进

利用激光测雾仪(PDA)对尾缘吹气式火焰稳定器尾缘出口的初始雾化场进行了实验研究, 在静止空气中测量了尾缘出口下游不同截面上的各点处的液滴直径、速度等参数, 分析了雾化场结构, 初步探讨了初始雾化场的特征.同时, 根据初始雾化场的实验结果给出燃烧数值模拟的初始雾化条件, 并把计算结果与燃烧实验数据和经验数值计算结果进行对比, 分析了实验初始雾化场数据对燃烧数值计算的改进效果.结果表明, 初始雾化场实验数据对燃烧室出口温度分布及燃烧效率的计算, 都有一定程度的改进, 其中对燃烧效率计算的改进效果更为明显.      

随机分布介尺度油滴群的燃烧特性

对液雾燃烧中随机分布油滴群的蒸发/燃烧特性进行了数值模拟研究,详细考虑了油滴尺寸、坐标分布、数密度等相关参数的随机性。采用一步总包反应机理对其进行大涡模拟,在不同的来流速度、环境温度下,剖析了不同数密度油滴群的阻力特性及蒸发率,并结合油滴群燃烧模态分析油滴间的相互作用规律。研究表明,油滴群燃烧模态同时包含单油滴三种油滴燃烧火焰模态；各油滴表面燃料蒸气的浓度分布呈现非对称性,反应核心区发生角度偏转；在强对流环境下,蒸发/燃烧油滴群的平均表面蒸发率与阻力系数的变化与蒸发/燃烧单油滴相似,油滴间的强烈相互作用加速了油滴群蒸发/燃烧的传热传质。      

凹槽火焰稳定器结构对煤油超声速燃烧的影响

采用混合分数平衡化学反应模型和离散液滴模型，研究了不同长深比和后缘倾角的凹槽在液体煤油双模态燃烧中的火焰稳定特性。结果表明，集燃料喷射、混合及火焰稳定为一体的凹槽，在所模拟的工作过程中增强了燃料与空气的混合和燃烧；并得到最优的凹槽结构；混合分数平衡化学反应模型和离散液滴模型能准确地预测煤油在双模态燃烧室内的喷雾燃烧。     

弱旋流喷嘴的污染排放和燃烧稳定性分析

基于弱旋流喷嘴(LSI)的弱旋流燃烧技术具有极低的NOx污染排放能力.分析了弱旋流燃烧的稳定燃烧和降低污染排放的原理,发现其特殊的流动形式及其与湍流火焰传播的匹配是决定其燃烧稳定性和污染排放的主要因素.而弱旋流喷嘴的旋流叶片角度、直径比和流量比等关键参数会影响LSI的下游流动特征,进而影响其燃烧性能.燃料对LSI燃烧稳定性和污染排放的影响主要是通过火焰传播速度和绝热火焰温度发挥作用.为了将液体燃料应用于LSI,目前主要采用了预混预蒸发的方式,试验结果表明:其NOx排放可比采用常规强旋流喷嘴的燃烧室降低10%~60%,但存在自燃和回火的风险.而LSI喷雾燃烧的方式,则需要针对弱旋流液雾燃烧开展更深入的基础研究.只有解决了液体燃料的LSI应用问题,才能发展出不同于传统强旋流燃烧的新一代航空发动机超低排放燃烧室.      

航空活塞汽油机燃烧特性优化

为优化某二冲程航空活塞汽油机的燃烧特性,研究了火花塞位置、火花塞数量以及火花塞布置方式等对其燃烧的影响。利用Pro-E和AVL Fire软件对该汽油机燃烧室建立了仿真模型,选取缸内压力数据验证了该模型的正确性,对火花塞不同的布置位置以及不同数量的火花塞等方案进行了仿真,对结果进行分析。结果表明:双火花塞布置方案比单火花塞布置方案更有利于组织快速燃烧,促进燃烧放热,缩短燃烧持续期;火花塞非对称布置方案比对称布置方案对火焰的形成及传播扩散更有利。