碳氢燃料的热稳定性研究：沉积的导热系数试验测定

用保持壁温为常值条件下的装置测定有燃油流动下沉积的导热系数数据。用专门试验段形成沉积及金属板夹层复合结构来测定没有燃油流动下沉积的导热系数值。与文献上结果比较数据的分散性大大改善。本文所用的方法以及结果都较Tevelde和Glickstein的方法及结果为合理。本文所做的试验数据已为工业界所应用。     

气气喷嘴推进剂入口温度对燃烧和壁温的影响

以同轴双剪切气气单喷嘴为对象,对气气燃烧流场进行了数值模拟,并进行了研究,分析了喷嘴推进剂入口温度对燃烧性能和室壁温的影响,结果表明:推进剂温度变化引起的燃氧动量比变化对燃烧和壁温起主要影响;富氢燃气状态变化对燃烧和壁温的影响大于富氧燃气状态变化.试验验证了数值模拟结果.      

三层壁喷管的不稳定导热

文章介绍了固体火箭发动机三层壁喷管的不稳定导热的计算方法,导出壁面温度分布规律和各层壁温的计算公式,并指出工作时间与内表面壁温和影响喷管烧蚀的关系。     

基于热-流-固耦合方法火焰筒壁温三维数值模拟

准确地确定火焰筒壁温分布是对其进行热结构分析的前提和基础.基于ANSYS/CFX程序平台,采用基于燃烧模型的热-流-固耦合有限元方法,对某环形回流燃烧室的整个流场、温度场进行数值模拟,得出火焰筒壁温三维温度场分布.计算中考虑了燃烧热源和热辐射,燃烧和流场变化对换热的影响,以及燃气、煤油和固体物性参数随温度的变化.数值模拟结果表明,将流场和固壁进行耦合求解,能更精确反映流场和温度场的整个形态,可以模拟出较为合理的流场和温度场分布以及相应的流动换热特性.所做工作对火焰筒结构设计具有重要的工程应用价值.      

超临界压力RP-3壁面结焦对流阻的影响

实验研究了长时间加热条件下航空煤油RP-3在微细不锈钢管内流动过程中结焦对流动及换热的影响规律。实验中系统压力保持为5 MPa,燃油质量流量为3 g/s。在燃油溶解氧达到饱和的条件下,实验段进出口油温分别为130℃和450℃。实验从开始到终止持续36 h。实验结果表明,随着时间的增长,管内的结焦量不断增加。由于壁面结焦现象对管内流动和换热产生严重的影响,管内各段换热在实验前期迅速恶化逐渐趋于稳定,管内流阻随着实验时间的增加持续增长。管内流动阻力随着时间的增长呈现出"快速增长→平稳增长→急速增长"的过程。另外,基于实验结果,提出了一种影响系数作为判断结焦对换热器单管影响的工程模型。      

飞机燃油测量传感器优化布局技术

实时、准确地测量出飞机各油箱的剩余油量,对飞机飞行安全十分重要.为了提高飞机燃油的测量精度,设计了一种基于粒子群算法(PSO)的燃油测量传感器优化布局方法.首先,引入燃油实体的概念,建立了某机翼复杂、带隔断多腔油箱CAD模型及箱内燃油实体模型;其次,基于Unigraphics NX(UG)二次开发,完成了飞机不同姿态下、复杂不规则多腔油箱燃油体积的解算;再次,提出了飞机油箱最大燃油可测区(LMR)的概念,并以此作为优化目标进行传感器优化布局;最后,引入可设置边界距离因子(BDF),解决了传感器布局时与油箱壁距离过近的问题.结果表明,该方法实现了多根燃油传感器的布局,可以不受油箱形状和大小的限制,有效避开了油箱内部的干涉区域,保证不同飞行姿态下油量测量的连续性,并使得飞机燃油的可测范围达到较高水平.      

肋片参数对辐射器散热性能的影响研究

采用蒙特卡罗法计算等截面圆管直肋式辐射器的肋片和外管壁相互间的辐射换热,数值模拟了第一类换热边界条件下散热器的散热过程。分析了辐射器的肋片数、肋片高度、肋片厚度及管壁温度对肋片散热性能的影响。结果发现,在肋片质量一定的条件下肋片数及肋片高度均存在一优值,在该值附近肋片的散热效率最高,且该值受管壁温度的影响,温度越高该值越小;在肋片外形不变的条件下,增加肋片的厚度来提高辐射器的散热性能并不是经济的途径;肋片的散热效率随管壁温度的升高而减小,壁温较高时安装肋片的必要性降低。     

四层壁的不稳定导热

本文介绍四层壁固体火箭发动机不稳定导热的计算方法,导出壳体温度分布规律和各层壁温的计算公式。     

航天器表面污染物质沉积变化和控制因子评估

航天器进入空间环境以后,空间环境分子污染和颗粒污染形成了航天器表面污染层,从而对航天器的各技术分系统产生不同的负面影响.介绍了中外中轨道航天器表面污染物质沉积变化在轨探测结果,并对污染物质沉积量变化和控制因子做初步评估.结果表明,污染物质沉积量在航天器入轨初期的1~2年内受航天器自身出气物质量、放气速率、表面温度及所处的气流方向等因子所控制.初期沉积量大,正是受到航天器入轨后自身出气量大、放气速率较高的控制,同时迎风面比背风面沉积量大.入轨后期表面沉积量长期变化呈现出明显的降变或缓慢涨落,而且具有全向性特征,因此探讨了具有全向性影响能力的控制因子相关特性,其中高能粒子通量和太阳紫外辐射通量变化可能是主要控制因子.      

高超音速钝头体绕流反应速率与壁面催化问题

反应速率与壁面催化是反应流中两个重要问题。本文以高超音速化学反应钝头体绕流为例对这两个问题做了初步的分析和讨论。反应速率问题实质上是反应速率常数实验数据的误差及其影响,本文根据实验数据的分散度大小以样本数据组和等效速率常数不确定性因子这两个概念建立反应速率常数分析数据库,通过对数据误差和计算结果的分析与比较总结出高超音速钝体绕流高温特性与化学反应特性计算结果依赖于反应速率数据库的某些规律。壁面催化问题是固壁对与之接触的气体化学反应的催化影响,通过引入一个新的壁面催化率参数来考虑壁面催化性质对高超音速钝体绕流计算结果的影响。由于引入和强化了上述概念,给化学反应速率与壁面催化问题的分析与研究提供了有力的手段,因而提高了数值模拟结果的可信度。     

微藻航空燃料的热氧化安定性与热沉

航空燃料安定性和热沉对飞机和发动机工作可靠性、飞机飞行安全及战术性能的发挥有重要作用。利用热重-差热分析联用仪研究了2种典型微藻航油的热氧化安定性和热沉,并与标准航空喷气燃料RP-3进行了对比。结果表明:混合生物油的失重终点温度和最大失重点的温度与标准航空喷气燃料RP-3相比均向高温区移动。在失重区间内,除了物理热沉还有化学热沉的贡献。在热重曲线中定义了2个无量纲参数:引发温度和燃尽指数,引发温度表征起始裂解温度,燃尽指数表征沉积特性。2个参数结合可以较好地诠释燃料的热安定性和热沉。球等鞭金藻油高碳数烷烃在提高热沉基础上导致碳沉积的形成,但小球藻油在热沉提高的基础上,并没有形成碳沉积。说明通过有效控制高碳数烷烃分配比例增加其热沉并控制其积碳在理论和技术上是可行的。      

基于热敏电阻的气体温度测量误差分析

挤压气体内部温度的精确测量对确定贮箱内推进剂剩余量和提高氧化剂和燃烧剂的混合比控制精度有重要意义.提出了一种基于热敏电阻的矢量测温方法,通过测量气瓶壁面温度推算气体内部真实温度,分析温度电阻非线性特性、温度—电压处理电路、A/D采样非线性等因素导致的温度测量误差,最终获得系统自身的温度采集误差,在此基础上分析了影响此误差的主要因素.最后分析了外界干扰引起的测量噪声对温度测量的影响,并采用小波降噪的方法对此进行降噪处理,使温度测量精度得到较大改善,并最终确定了内部气体温度的测量误差.     

航空替代燃料低温点火关键物质研究

液体燃料低温条件下挥发的燃油组分对于点火启动有显著影响。通过对航空煤油RP-3和煤基费托F-T燃料低温条件气相组分分析,得到了-40℃到15℃燃料挥发组分及含量分布规律,确定低温条件发动机点火关键物质并进行点火边界测试及分析。通过加入轻烃物质煤基费托燃料点火性能有显著提高作用,其改善顺序为环烷烃最优,其次是支链烷烃,直链烷烃。对航空替代燃料应用于发动机低温冷启动及高空再点火过程有一定指导意义。      

双支板超燃冲压发动机燃烧特性研究

为研究分级喷注超燃冲压发动机火焰稳定、燃烧状态及火焰传播特性,以双支板超燃燃烧室为基本构型,开展了当量比连续调节试验研究。模拟低飞行马赫数5.5工况,燃烧室入口马赫数为2,总温1436 K,试验表明:燃烧室单独上游喷注熄火当量比为0.19,该值不受下游燃烧的影响;单独下游喷注熄火当量比为0.46,上游火焰会削弱下游当量比变化对壁面压力的影响,并且会使下游熄火当量比值降低。通过调节上游当量比可实现燃烧状态的转换,转换过程存在迟滞。模拟高飞行马赫数6.5工况,燃烧室入口马赫数为3,总温1 899 K,试验表明:随着总温的增加,单独上游喷注可实现点火和稳焰,上游火焰发生抬举,燃烧室抗反压能力增强,可喷注更多燃料。     

超临界压力RP-3在竖直细圆管内混合对流研究

研究了超临界压力下碳氢燃料航空煤油RP-3在竖直细圆管内混合对流,分析了浮升力及热物性对碳氢燃料在垂直管中对流换热的影响。实验中控制热流密度从200~500 kW/m2变化,进口压力变化范围为3~5 MPa,进口雷诺数从5 000~10 500范围内变化。研究表明:在向上流动情况中进口段存在较为明显的入口效应,换热出现恶化现象,而在向下流动中未出现;对于向上和向下流动,由于热物性的综合影响,换热系数沿流动方向增大;在较低进口雷诺数(Re=5 700)时,对于向下流动,随着浮升力影响的增大,浮升力改变了流体径向速度分布,出现了换热强化;在较高进口雷诺数(Re=10 500)时,浮升力对换热的影响依然显著;判别式Bo*数小于5.6×10-7未能预测浮升力对碳氢燃料换热影响。      

油焦浆发动机排气中的颗粒物特性分析

运用扫描电子显微镜、X射线能谱仪和热重分析仪对油焦浆和0#柴油燃烧产生的颗粒物样品以及制备油焦浆用的石油焦颗粒样品进行了检测和分析.研究结果表明:油焦浆燃烧产生的颗粒物排列稀疏,柴油燃烧产生的颗粒物互相粘结,排列紧密.油焦浆燃烧产生的颗粒物尺寸比石油焦颗粒稍大,比柴油燃烧产生的颗粒物稍小.油焦浆燃烧产生的颗粒物表面C,O和S 3种主要元素含量与柴油燃烧产生的颗粒物表面3种主要元素含量比较接近,但C和S元素含量比石油焦颗粒低,O元素含量比石油焦颗粒高.油焦浆燃烧产生的颗粒物挥发分含量比石油焦颗粒多,但比柴油燃烧产生的颗粒物少;固定碳含量比石油焦颗粒少,比柴油燃烧产生的颗粒物多.最后,油焦浆燃烧产生的颗粒物与柴油燃烧产生的颗粒物中固定碳着火和燃尽温度比较接近,但都比石油焦颗粒中固定碳着火和燃尽温度高.