脉冲爆震发动机工作过程研究.pdf

脉冲爆震发动机工作过程研究指导教师：武晓松教授博士学位论文作者：姜日红南京理工大学2010年10月

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研究生签名：差!翌丝研究生签名：差塑丝∥胁年卜月功日加lomt。月"-mB声学位论文使用授权声明明本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。

摘要寸k，介于2．1本文以脉冲爆震发动机的工作过程为应用对象对两相爆震燃料供给系统的喷雾特性、爆震波的两步起爆过程、PDE多循环工作的数值和实验研究以及性能分析等几个方面进行了相关研究。首先对两相爆震燃料供给系统的喷雾特性进行了研究，在简要分析燃油雾化机理和雾化过程的基础上，建立了两相流喷雾模型，在碰撞聚合模型中引入计算粒子球半径的概念对O’Rourke模型进行了修正，修正后的模型与原模型相比，计算精度大大提高，计算误差降低了16个百分点。利用改进后的模型对所研究的预膜式空气雾化喷嘴在不同结构参数和供气压力下的喷雾场特性进行研究，结果表明，液滴D32随着空气通道直径和侧路空气射入角的增大逐渐减小，同时又随着混合室出口孔径的增大而逐渐增大。综合各方面因素考虑，取喷嘴结构参数为：空气通道直径Dp劬--2．0cm，侧路空气射入角A=45。，混合室出口孔径dmixinfl．0mm。随着供气压力的增大，喷雾锥角逐渐增大，液核区域逐渐减小，液滴D32逐渐减小，液滴分布越来越均匀。当供气压力达到0．8MPa时，液滴032约为28．57pro，低于30pro，此时的燃油雾化粒度基本满足爆震的要求。故对于本文所设计的预膜式空气雾化喷嘴，欲获得较好的雾化效果，供气压力必须达到两步起爆是在较短爆震室内成功起爆难起爆混合物的较好方法，其关键是爆震波的衍射和重构。本文简要分析爆震衍射理论的基础上，建立了爆震波衍射模型，对LPG—02可爆混合物的爆震衍射临界管径和胞格尺寸进行了研究，结果表明，爆震波衍射在主爆震室管径等于预爆震室管径的2"---4倍时为超临界衍射状态，当主爆震室管径等于预爆震室管径的5倍时为亚临界衍射状态。由此可以推断，这种可爆混合物的爆震衍射临界管径介于10"---'12．5rnm之间，通过理论计算进一步得出LPG在C—J状态下的胞格尺12"-'2．366mm之间。分析表明，在爆震波衍射的过程中，横波对爆震波的重构起到了关键作用，另外化学反应的敏感度也是影响爆震波能否重构的一个重要因素。实验研究验证了以上结论的正确性。建立了直管PDE多循环工作过程二维轴对称仿真模型，对不同燃料一氧化剂的发动机工作过程进行了数值研究。结果表明，随着碳原子数的增加，爆震压力、推力壁压力和发动机单位面积冲量依次增大，爆震速度和马赫数逐渐降低，且对于同一种燃料而言，氧化剂为02时的计算值明显高于氧化剂为Air时的计算值。将其与理论计算结果进行对比发现，爆震压力、速度和马赫数相差不大，温度较理论值偏高，对此进行了原因分析。通过对几种不同燃料的发动机单位面积冲量计算结果的分析，得到单个工作周期的单位面积冲量厶的计算公式，在此基础上，初步建立了完全填充条件下直管PDE0．8MPa以上。博士论文脉冲爆震发动机工作过程研究
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