雾化特性对喷雾燃烧点火过程的影响

为了研究雾化特性对喷雾燃烧点火过程的影响,用马尔文激光粒度分析仪等雾化测量系统,对离心喷嘴流量、喷雾锥角、周向不均匀度、液滴索太尔平均直径(SMD)、液滴尺寸分布指数(N)等雾化特性进行了测量;采用高速摄影机和热电偶测温系统,记录了燃烧室内点火过程和燃烧室出口温度变化历程,揭示了初始火焰形成及火焰传播过程,探讨了喷嘴雾化特性对燃烧室初始火焰形成、火焰发展、出口温升开始时间、最大温升时间以及温升率等点火过程和点火性能的影响规律。研究结果表明:随着供油压力的提高,离心喷嘴的燃油流量呈现二次曲线增加,SMD逐渐减小,N值呈现先下降后上升的趋势。在点火油气比为0.0078~0.0125时,随着供油压力的提高,初始火焰变长,火焰的发展先沿着靠近燃烧室上壁面部分向下游发展,再向燃烧室中下部分发展,火焰亮度增强,燃烧室出口温升开始时间缩短,最高温升时间增大,温升率提高,最大温度值上升。在相同的点火油气比下,距离燃烧室上壁面1/4燃烧室高度处热电偶(TC-1)温升值和温升率最高,温升开始时间最低;距离燃烧室上壁面3/4燃烧室高度处热电偶(TC-3)温升值和温升率最低,温升开始时间最高。     

二氧化硅改性后超疏水性质的粒径效应研究

本文采用水热法对不同粒径的SiO_2进行改性,获得了低表面能的超疏水材料。研究了粒径对超疏水性能的影响,并通过傅立叶变换红外光谱仪、场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和接触角测量仪对材料的表面形貌和润湿性进行了分析。结果表明:改性后的SiO_2疏水性增强。而且粒径越小,材料表面越粗糙,疏水性越强。纳米级SiO_2改性后疏水性远高于微米级SiO_2,其静态接触角可达到158.0°±5.4°,滚动角小于2°。超疏水材料具有广阔应用前景。     

砂尘在典型金属壁面上的反弹特性仿真研究

含有砂尘的空气吸入发动机,会与叶片、内外机匣之间不可避免发生碰撞,影响飞行器飞行安全。通过采用显式动力分析有限元法,建立砂尘以不同入射角度、入射速度、粒径大小及其旋转速度撞击壁面的反弹模型,研究砂尘在不同条件下与不锈钢及铝合金面碰撞后的反弹特性结果,为预测砂尘在粒子分离器中的运动轨迹提供反弹特性数据支持。结果表明:随砂尘入射速度增大,反弹速度呈增大趋势,速度恢复系数基本保持稳定;相同入射条件下,铝合金材料对砂尘速度恢复系数的影响小于不锈钢材料;旋转速度、砂尘粒径对其碰撞反弹特性影响微弱,可以忽略不计;决定砂尘反弹角度仅取决于碰撞姿态和砂尘入射角度。     

流动拓扑对液体射流失稳与雾化的影响

在大推力液体火箭发动机燃烧过程中,推进剂射流失稳与雾化是起始环节,会对后续蒸发与燃烧等过程产生显著影响。尽管前人做过很多研究,但对湍流射流雾化机理的认知还存在盲区。基于此通过流动拓扑理论来揭示湍流液体平面射流的雾化机理。采用直接数值模拟方法对静止空气环境下的液体平面射流雾化过程进行了高分辨率数值模拟,分析了流场中不同拓扑结构与气液界面曲率的相互影响,阐明了流动拓扑对液体平面射流雾化的影响机制。研究发现,所有流动拓扑结构都有助于产生压缩应变率和拉伸应变率,其中不稳定焦点结构(UFC)拓扑结构对流场应变率的影响最大;在流动拓扑结构影响下,液体体积分数等值面的曲率与应变呈现负相关关系。另外,UFC主要产生拉伸应变率,而其余流动拓扑结构主要产生压缩应变率。研究结果表明：射流雾化过程主要受到UFC拓扑结构的影响,UFC会促进气液界面产生较大的拉伸应变率,进而促进片状或管状结构液体结构生成,从而引起液体射流破碎。     

非定常电场下锥射流的振荡行为研究

针对非定常电场作用下电雾化系统性研究缺乏的情况，结合空间发动机对电喷雾推进系统脉冲工作的需求，对非定常电场作用下锥射流的振荡行为进行实验研究，利用高速摄像机记录锥射流在非定常电压扰动作用下的脉动变形过程，探讨射流振荡频率与电压扰动频率的匹配关系，分析不同扰动电压参数对射流形态的影响。研究表明:在非定常电场作用下，当电压扰动频率处于低频与高频范围时，射流振荡频率与电压扰动频率接近，此时射流为振荡锥射流模式；扰动频率处于中频范围时，射流振荡频率处于300～500 Hz范围内，此时射流为间歇性喷射模式；随着非定常扰动电压幅值增大，射流处于间歇性喷射模式的频率范围增大，处于振荡锥射流模式的范围减小；电压扰动频率越高，处于振荡锥射流模式的射流锥角越大。     

电邦德数影响下无水乙醇的荷电微射流不稳定性

基于高速摄像及小尺度PIV技术对无水乙醇荷电微射流雾化模式的演变及射流不稳定性进行了实验研究。精确捕捉了无水乙醇荷电微射流的显微演变过程，探讨了电邦德数影响下不同雾化模式的射流不稳定性演变特征及其对微射流雾化特性的影响规律。实验结果表明:射流的非轴对称性径向扰动贯穿于整个射流雾化模式区间；随着电邦德数不断增大，射流偏离度呈先增大后减小的趋势，而其不确定性的脉动范围在锥射流模式下不断增大，过渡到多股射流模式后，脉动范围逐渐减小至零，而后再逐渐增大；锥射流模式下，射流核心区及速度方向均偏离轴心，射流速度较纺锤模式明显回落；多股射流模式下，射流核心区速度明显回升，但不同电邦德数下多股射流之间的速度分布差异较大；多数情况下，射流边界处的流线较为紊乱，缺乏对称性，但在电邦德数为13.30~13.60的极小区间内保持稳定的多股射流稳定雾化形态，射流核心区速度达到峰值。     

高活性铝粉的改性及在化学推进剂中 燃烧团聚研究进展

通过添加金属粉来提高化学火箭推进剂的能量性能已成为一种通用方法,但在实际应用中存在一系列利弊的两方面问题。研究了不同类型铝粉的活化和活性铝粉(包括球形μAl、包覆n Al、化学活化和机械活化铝粉)的特性,考察了其对推进剂燃烧性能的改善和聚集/团聚机理,并提出了提高铝粉燃烧效能的方法途径。结果表明,纳米铝粉不仅可显著提高推进剂的燃速,还可使推进剂的凝相燃烧产物(CCP)明显减少,从而减少两相流损失;活化Al尽管会降低Is,但其活性Al含量所产生的理论Is比n Al的高,尤其是机械活化铝粉。由于不同活化铝粉具有各自的优缺点,建议同时搭配使用两种不同类型的活化铝粉,以弥补单一铝粉的缺点。     

新型自激扫掠喷嘴及其工作特性研究

针对涡轮、冲压发动机等空天动力装置对提高燃油雾化性能和油气掺混均匀度的迫切需求，提出一种内含扰流柱的新型自激扫掠喷嘴结构，能够实现0.5mm通径尺度下的自激发扫掠振荡液态燃料喷射。采用高速阴影成像、激光粒径测量等多种实验方法，研究了0.5mm特征尺度下，采用水和航空煤油介质时，新型自激扫掠喷嘴的质量流量、工作频率、扫掠张角、雾化粒径等参数随工作压降的响应变化情况。结果表明，此新型自激扫掠喷嘴在较宽的工作压力（0.05～5MPa）内均能够实现稳定的自激发扫掠振荡，产生50°以上的扫掠张角和1600Hz以上的振荡频率，且其扫掠张角和表征工作频率的斯特劳哈尔数St在较宽工作压力范围内保持恒定；与圆孔直射式喷嘴相比，其流量系数提高了12%，雾化能力实现了数量级的提升。本研究初步验证了新型自激扫掠喷嘴在空天动力装置典型应用环境和工况下的应用可行性。     

单股自由圆射流撞壁雾化实验

利用直流撞击式喷注器组织燃烧的发动机推力室喉部材料耐温极限制约了发动机燃烧效率提升,一种新型高性能直流冷壁式喷注器可以解决这一问题,为了指导这种新型喷注器的设计,从射流撞击雾化实验出发,探索了圆射流撞壁雾化规律。采用高速摄影捕获溅射雾化场整体形态,利用收集法测量溅射雾化率,选用PDA和PIV分别测量溅射液滴粒径及速度矢量。研究结果表明:射流撞壁后存在溅射,溅射液滴局部呈现螺旋状,液滴粒径为几十微米量级,溅射雾化率随撞击距离的变化规律可分为4个典型阶段:初始段、发展段、稳定段、衰减段,湍流动能为溅射雾化率的决定因素。