空气雾化喷嘴后方燃油浓度分布的研究

本文通过用于一短环形高压燃烧室上的空气雾化喷嘴的研制,进行了大量实验,分别研究了雾化空气速度、燃烧室压力、气液比、介质种类和几种不同构造参数的喷嘴结构对空气雾化喷嘴喷雾锥角与后方燃油浓度分布的影响,对高压下空气雾化喷嘴后方燃油浓度分布研究这一新课题做了有益的探索。     

三组元喷嘴流量特性的试验研究

对气氢／液氧／煤油火箭发动机重要部件三组元喷嘴的四种类型进行了流量竺性试验;研究了喷嘴流量随各组元喷注压缩的变化规律;分析了喷嘴结构对流量系数的影响;比较了三组元工况和双组元工况下喷嘴的流量特性;测量了离心内混式喷嘴燃料内混腔中的压力并分析了该喷嘴的流量特性。     

直流式喷嘴开口率声学抑制能力影响

根据喷嘴长度和入口边界条件,将液体火箭发动机气液同轴式喷嘴简化为4类:四分之一波长闭管、二分之一波长闭管、四分之一波长开管和二分之一波长开管。采用线性声学理论对喷嘴入口开口率的声学抑制影响进行了研究,得到了入口开口率声学影响规律。结果表明:在标准长度和最佳长度2种条件下,开口率对喷嘴抑制能力的影响差别很大。合理选择开口率和喷嘴长度能够有效提高喷嘴抑制能力。研究结果可为喷嘴长度和入口射流条件优化设计、燃烧室声学振荡抑制提供参考。     

三维全五向编织复合材料细观结构实验分析

对三维(3D)全五向编织复合材料的细观结构进行了实验研究,三维全五向编织复合材料是一种新型的编织复合材料,其细观结构对预测材料的性能有重要作用。采用显微计算机断层成像(micro-CT)技术得到了三维全五向编织复合材料的截面图片,通过在碳纤维试件中混编入少量玻璃纤维作为示踪纱,提高了示踪纤维束在截面图片中的的对比度。并通过三维重建得到纤维束实体模型,结合CAD技术对纤维束的横截面形状与空间走向进行了研究。结果表明:编织纱与轴纱纤维束的截面形状在材料不同区域与不同的花节高度内是变化的;在不同区域,编织纱的空间走向也是不同的;而轴纱在空间上基本保持伸直。由于编织纱对轴纱的挤压使轴纱表面产生螺旋状的压痕。      

航空发动机喷嘴结焦积碳的性质

针对航空燃料燃烧时会在航空发动机喷嘴处产生大量结焦积碳,影响航空飞行器的飞行安全和使用寿命这一问题,研究了某型航空发动机喷嘴零部件上结焦积碳的生成情况.采用扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)、透射电镜(TEM,Transmission Electron Microscopy)、能谱仪(EDS,Energy Disperse Spectroscopy)以及X射线衍射技术(XRD,X-ray Diffraction)对结焦积碳的微观形态和性质进行了分析.结果表明:喷嘴零部件上生成的结焦积碳主要有两种形态:一种是丝状焦,另一种是颗粒状焦.其中,丝状焦只出现在零部件表面较光滑的位置,包括短纤维丝状焦和不定形丝状焦,是由金属催化作用所形成的;其形成与喷嘴零部件的结构、材质及表面粗糙度有关.颗粒状焦则主要集中在活塞表面,包括颗粒团聚状焦和颗粒分散状焦,是由催化作用与燃料热裂解共同作用所形成的.      

环形喷嘴气动谐振加热性能

为了研究环形喷嘴的气动谐振加热性能,采用高精度高分辨率的NND格式差分求解二维轴对称雷诺平均Navier-Stokes方程,对环形喷嘴-谐振管系统气动谐振加热过程中谐振管内振荡流动过程进行了数值仿真,并对不同面积的环形喷嘴-谐振管系统进行了数值模拟.研究结果表明:环形喷嘴与圆喷嘴具有相似的谐振加热规律和流场特征,即利用环形喷嘴同样可在谐振管内产生强烈的高频激波振荡.随着环形喷嘴面积减小,每一个谐振周期中的谐振温升逐渐减小.而其能够产生强烈谐振的间距小于圆喷嘴-谐振管系统的间距,在小间距时可以在很宽的喷嘴入口压力范围内产生强烈的谐振,这为气动谐振点火器的结构小型化和工程实用性提供了理论依据.     

空气雾化喷咀的雾化研究

本文对空气雾化喷嘴的喷雾特性(即雾化细度及雾化尺寸分布指数)进行了试验研究。研究的喷嘴包括三种主喷口面积;三种供液槽道面积;二种副油路旋流器的扭角。研究参数包括,气/液比r、空气流速、轴向距离和主、副油路同时打开时的相互作用。 试验表明:液雾质量中间直径(MMD)与[1 (r)~(-1)]~(0.5)以及V_a~(-0.8)成正比例。在同样空气流速下雾化尺寸分布指数n随气/液比的增大而增大;在同样气/液比下,随空气流速增大而降低。主副油路同时工作时的相互影响将改善空气雾化喷嘴的雾化细度,同时也引起雾化尺寸分布指数的减小。对所试验的喷嘴,完成雾化的距离大致在30mm;雾化尺寸分布指数随轴向距离而增大。 本试验的结果为空气雾化喷嘴的设计和发展提供了非常有用的试验依据。     

两相流乳化型细水雾喷嘴雾化特性研究

为了研究消防领域细水雾灭火系统的关键部件--细水雾喷嘴的雾化结构形式,以空气和水为介质,利用马尔文激光粒度分析仪对两相流乳化型细水雾喷嘴的雾化特性进行了详细的研究.分析了该型喷嘴的工作特点,研究了不同供水压力、供气压力及气液比对喷嘴雾化特性的影响,为细水雾灭火系统及其喷嘴的设计方法和检验标准提供了依据.试验结果表明:该结构喷嘴的雾化性能完全满足细水雾灭火系统的性能要求.     

基于凝结实验平台的音速喷嘴凝结现象研究

音速喷嘴中流动的蒸汽或含湿气体由于自身的温降而发生凝结现象,对音速喷嘴的计量会产生一定的影响。针对音速喷嘴凝结现象和自激振荡的复杂变化情况,利用一套凝结实验平台研究了音速喷嘴内湿空气凝结现象,得到了不同条件的喷嘴沿程压力,并建立了凝结流动Eulerian两相模型,对凝结现象的影响因素进行了数值分析,使实验结果得到了验证和补充。结果表明,载气的压力、温度、湿度会对凝结产生比较大的影响。凝结发生位置伴随载气温度、湿度的提高而前移,强度有所增大。随着载气压力的增大,凝结发生位置前移,但是强度相对减弱。自激振荡的频率与载气湿度、温度呈正相关,与载气压力呈负相关,振幅与载气的压力、温度、湿度均呈正相关。     

大流量气-气喷嘴响应面法优化设计

为研究以气氢和气氧为推进剂的同轴双剪切喷嘴设计参数对推进剂燃烧位置的影响,利用正交表指导喷嘴设计,并对燃烧室流场进行数值模拟.结果表明:在单喷嘴流量相当于航天飞机主动发动机单喷嘴流量8倍的工况下,同轴双剪切喷嘴能实现高的燃烧效率;极差和方差分析显示氢/氧的速度比是对推进剂的燃烧位置影响最大的设计参数,而中心氢流量比例和氧喷嘴的壁厚对燃烧位置的影响不显著.通过构造基于正交多项式的响应面,获得同轴双剪切气-气喷嘴的优化组合参数.     

航空发动机变几何涡轮增压性能研究

提出了一种变几何涡轮增压器用于发动机高空恢复功率的方法,并对其调节规律和相关特性进行研究。依据涡轮流动模型,分析了相同工况下不同喷嘴环开度对涡轮增压器工作的影响。在GT-POWER中建立了变几何涡轮增压发动机模型,通过全高度下不同工况的仿真分析,验证了变几何涡轮增压发动机恢复海平面功率的应用。结果表明,匹配了变几何涡轮增压器的发动机能够显著提高发动机高空可调范围,其使用升限从5 km提升到了6 km,对变几何涡轮增压器应用于恢复功率与喷嘴环开度的调节规律具有指导意义。     

溅板式喷嘴雾化特性的试验研究

利用自行设计的溅板式喷嘴进行了雾化试验;测量了单喷嘴、喷注单元的液滴平均直径分布及其喷雾角;计算了喷注单元撞击角;分析了各层板片数的变化对雾化性能的影响。得出的结论对溅板式喷嘴的设计和改进有重要的参考价值。     

同轴撞击气-气喷嘴数值模拟和实验

为进一步深入研究喷嘴结构参数对气-气掺混燃烧特性的影响,针对氢向氧斜喷带撞击角度的气-气喷嘴开展了实验和数值模拟.实验研究了撞击角度对燃烧效率和燃烧室壁面温度的影响,数值仿真分析了撞击角度对喷注面板和氧喷嘴管壁温的影响.结果表明:随着氢向氧撞击角度的增大,推进剂燃烧效率、燃烧室壁面和氧喷嘴出口管壁面热载降低;氢向氧撞击角度的引入,增大了喷注面板热载.      

同轴双剪切气-气喷嘴数值模拟

通过求解 k-ε 湍流模型的Navier-Stokes 方程组,对以气氢/气氧为推进剂的同轴双剪切喷嘴燃烧室进行数值模拟研究.研究结果表明:与传统的同轴剪切喷嘴相比,双剪切气-气喷嘴使推进剂有两个剪切燃烧面,且出口尺寸变化不大;双剪切喷嘴中心氢与氢总质量流量的比例是双剪切喷嘴的关键设计参数,当比例值为0.3时,能充分发挥双剪切喷嘴两个燃烧面的优势,使双剪切喷嘴能在大流量工况下实现高的燃烧效率.     

喷嘴挡板式三通气动阀控缸特性分析

喷嘴挡板式三通气动阀控不对称缸常用于航空发动机起动系统的引气控制。在分析由固定节流孔、喷嘴挡板可变节流孔和容腔组成的喷嘴挡板式气动三通阀原理的基础上,建立了气动三通阀控不对称缸差动系统的数学模型,得到了气源、控制阀与气缸结构参数对三通阀控缸静、动态特性的影响规律。研究发现,通过增大空气填充速率和减少空气需求,可以提高喷嘴挡板式三通气动阀控缸的响应速度,例如增大喷嘴挡板式气动三通阀的固定节流孔直径、减小活塞有效面积、提高供气压力等；理论分析结果与实践结果一致。     

小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴的数值模拟

针对最大流量原理法在设计小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴方面的不足,采用Fluent软件中的多相流混合模型,模拟了包含蒸气和水两相的喷嘴内部流动,得到了流量、喷雾锥角等宏观参数,并和实验测量数据以及理论计算值进行了对比,分析了不同结果产生的原因;同时,还对喷嘴内的气液两相体积分数、轴向与切向速度、压力分布等流场特性参数进行了分析,着重论述了与理论模型之间的差异以及相应的机理.数值模拟方法考虑了液体的粘性和壁面摩擦力等因素,较好地反映了喷嘴内部的流场特性,为小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴的设计提供了借鉴.      

气泡雾化喷嘴的试验研究

进行了组不同结构形式的气泡雾化喷嘴的试验研究，初步试验结果表明：这种新型喷嘴对液体介质粘度不敏感，在小气液比条件下获得了很好的雾化效果，雾化性能明显优于从国外引进的某些空气雾化喷嘴，该成果已于１９９３年２月７日被授予中华人民共和国实用型专利。     

直射式喷嘴垂直跨流喷射的雾化特性试验研究

应用Ｍａｌｖｅｒｎ激光粒子分析仪在气流速度５０－１５０ｍ／ｓ，供油压力１．０７８６－４．１１８８ＭＰａ，喷嘴孔径０．５－０．９ｍｍ，喷嘴下流距离６０－２５０ｍｍ参范围内试验研究了直射式喷嘴垂直跨流喷射的雾化特性沿径向位置、射流穿透深度与最大浓度线的变化，双喷嘴的雾化特性以及稳定器对雾化特性的影响。     

内混音速空气雾化重油喷嘴的试验研究

在横向气流中直射喷嘴雾化研究及超音速气流中喷嘴雾化研究的基础上,针对工业窑炉中烧嘴以重油(通常为油渣)工作的问题,设计和试验研究了内混音速气流两次空气雾化重油喷嘴,从原理上解决了喷嘴雾化细度(燃烧完全)和火焰长度(刚性)之间的矛盾。文中得出合理选择这种喷嘴的结构形式、几何尺寸以及混合腔压力,同时得出很好的雾化细度以及要求的火焰长度。结果表明,混合腔压力与供气压力之比应在0.60～0.70之间,所需压缩空气的压力为0.4MPa,所设计的喷嘴已投入使用。