双路离心喷嘴雾化特性的PDPA实验研究

采用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）对某型航空发动机双路离心喷嘴的雾化特性进行了实验研究。PDPA可直接测得测点处的喷雾液滴的尺寸分布和速度大小,并据此求出了测点处的索特尔平均直径SMD和液滴的平均速度。在喷雾锥三个横截面上进行了测量,得到了SMD的空间分布,据此得到了喷雾锥的锥角,并与光学照相和计算机图像处理测得喷雾锥角进行了对比。实验结果表明：液滴尺寸随着供油压力的增大而减小,当压力增大到一定程度时,液滴尺寸趋于不变;当主、副油路分别单独工作时,随测量横截面与喷口之间距离Z的增加,SMD减小;在供油压力不变时,同一个测量横截面内,随着径向距离X的增加SMD值变化不大;喷雾锥角基本不随供油压力改变而变化。     

N2O/C3H8火炬式点火器试验研究

为了研究氧化亚氮/丙烷的点火特性,在理论分析的基础上采用电激励火炬式点火方案并组建了实验系统,在不同的流量和余氧系数工况下进行了N2O(g)/C3H8(g),N2O(g)/C3H8(l)点火特性实验。结果表明:采用气液同轴离心式喷嘴的电激励火炬式点火方案可行,实现了低余氧系数下的点火。所设计的点火器在1J的点火能量下,N2O(g)/C3H8(g)在燃烧室压强为环境大气压条件下的成功点火余氧范围为0.222～0.321;N2O(g)/C3H8(l)在燃烧室平衡压强为0.50～0.65 MPa时成功点火余氧范围为0.299～0.407,并在平衡压强提高至1～1.3 MPa后成功地引燃主发动机。     

基于VOF方法分析离心式喷嘴结构参数对性能影响

基于两相界面追踪流体体积(volume of fluid,简称VOF)方法模拟了离心式喷嘴内部的流动过程,在数值方法可靠性验证基础上,得到了15个喷嘴构型的流量系数、液膜厚度以及雾化锥角.定义无量纲影响因子η,比较喷嘴结构参数对喷嘴性能的影响程度.除了喷嘴直径和旋流室直径外,重点研究了出口扩张角、等直段长径比等结构参数的影响,通过与试验相对比,综合以往经验公式,得到如下结论:增大旋流室长度,能够增大雾化锥角;在喷嘴出口增加扩张角,能够显著地减小液膜厚度,减小雾化锥角;增大切向口距喷嘴顶部距离,能够改善喷嘴性能;切向口个数和等直段长度对喷嘴性能影响不大.该工作为下一步优化喷嘴构型打下了基础.      

高密度烃燃料雾化特性试验

采用试验手段研究了高密度烃燃料在直射式喷嘴情况下的雾化规律,采用数字图像处理技术,使用粒子图像测速系统（PIV）对其在横向高温气流中形成的喷雾场进行图像测量和分析。初步研究了气流温度、油压、气压与气流速度对高密度烃燃料雾化特性的影响,以及射流与喷嘴距离对喷雾粒子索太尔平均直径（SMD）的影响。试验结果显示：气流温度和油压的增加有助于提高高密度烃的雾化效果。在研究气流速度对其影响时,要考虑加热气流蒸发产生的影响,在雾化初始阶段速度因素占主导地位,而在下游距离喷嘴50~75mm间的某一位置开始,蒸发因素将起到主要作用。通过数值计算与实验比较,进一步说明了高温气流蒸发作用在颗粒二次雾化中的重要性。研究结果为优化设计高密度烃燃料发动机燃烧室提供依据。     

新型快速预混合预蒸发喷嘴的结构和性能

设计了一种新型快速预混合预蒸发模型喷嘴。数值研究了喷嘴的不同内部结构设计对掺混效率、液滴平均蒸发时间、传热传质和总压损失等性能的影响规律。内设环肋和凹槽都有强化喷嘴内的油／气混合和传热传质作用;只增加环肋和凹槽个数不能继续改善喷嘴性能反而增加总压损失;环肋／凹槽组合结构的性能相对较好。这为实现燃烧室的HiTAC预混燃烧方式提供了依据。     

常开洞工业厂房风致内压试验研究

通过一系列不同条件下的单个常开洞单跨厂房刚性模型风洞测压试验,分析了风向角、开洞位置、开洞形状以及开洞大小对内压平均值与脉动值的影响,并与基于稳态理论与非定常理论的内压预测值进行了比较。研究发现,单个常开洞厂房内压的空间分布是均匀的,几乎处处相等,仅在开洞附近测点的风压系数值稍有差别;内压的脉动特性主要来源于来流湍流作用、旋涡脱落与尾流干扰以及赫姆霍兹共振等三个方面的影响;内压的均值与均方根值受开洞条件以及风向角等因素影响较大;稳态理论计算得到的内压系数均值与试验所得非常接近,但是均方根值的预测偏保守。非定常理论推导得到的内压响应方程在风速方向正对开洞时可以给出良好的预测,但由于受旋涡脱落、尾流干扰等影响,斜风向时运用该方法预测内压是不合适的。     

不同拓扑结构喷嘴内交叉射流的数值研究

利用CFD软件对五种不同拓扑三维燃料—空气快速混合喷嘴进行了数值计算;应用两相流模型和RNGk-ε湍流模型,描述了快速混合喷嘴内两相流动过程。计算得出5种拓扑燃料—空气交叉射流喷嘴中湍流强度分布、总压损失系数、在流向方向各个截面温度分布和出口径向温度分布、出口速度分布和出口径向质量分布系数。通过对这些数据的分析,结果表明,射流下游添加肋结构可以有效增强混合气的快速形成,肋添加越多,对燃料的破碎和燃料—空气的混合越有利。     

同轴离心式喷嘴热声不稳定性递归分析

为获得同轴离心式喷嘴燃烧动力学特性,开展了喷注单元稳定性试验研究。试验中燃料流量不变,随氧化剂流量增加,热声系统依次经历了燃烧噪声状态、阵发状态和准周期振荡状态。采用递归方法对实验结果进行分析。首先,利用交互信息法和虚假最邻近法分别求解最优延迟时间和嵌入维数,获得了典型工况下的相空间轨迹图。其次,递归图分析表明系统出现了第II类阵发现象,意味着系统发生了亚临界Hopf分叉,与实验结果一致。最后,递归量化分析表明,确定率可以将阵发状态和准周期振荡状态与燃烧噪声状态区分出来,并可以对热声振荡进行预报。     

直接频率合成器相位截断杂散的抑制方法研究

分析直接频率合成器相位截断误差引起杂散的原因,给出抑制杂散的方法。在一般杂散抑制方法的基础上,给出两种新的实现方案。一种是增加少量资源消耗,使得性能大幅提高;另一种则无需任何额外资源,但性能将微弱下降。仿真比较这两种新方案的性能,并分析其适用范围,对实际应用具有一定的指导意义。     

基于群相位量子化处理的新型高分辨率相位差测量方法

在群周期相位比对和群相位量子化处理的基础上,提出了一种新型高分辨率相位差测量方法。利用频率信号间群相位重合点的分布规律,在群相位重合点处建立测量闸门,将相位差的测量转化为以群周期为基础的短时间间隔测量,大大提高了系统的测量分辨率。通过公共频率源信号的引入和群相位量子化处理技术,降低了实际计数闸门开启和关闭的随机性,消除了传统测量中±1个字的计数误差,提高了短时间间隔的测量分辨率,从而有效地提高了相位差的测量分辨率。实验结果表明该方法的科学性和先进性,鉴于短时间间隔的测量分辨率可达10 -13 /s量级,通过MCU控制时间--相位差的转换,实际相位差的测量分辨率可达0.0001度,明显优于传统的相位差测量方法,同时该方法电路简单,成本低廉,在卫星导航系统主、备份原子钟之间的无缝切换、1pps信号的相位异常检测及星地间高精度时间同步方面具有广泛的应用。