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低温环境下RP-3航空煤油雾化特性试验研究
摘要
本文研究了低温环境下RP-3航空煤油的雾化特性。通过采用实验方法，测量不同温度下RP-3航空煤油的表观粘度、密度和表面张力等物理参数，同时利用气液两相流的数值模拟方法，对RP-3航空煤油在不同条件下的雾化情况进行了模拟。结果表明，随着温度的降低，煤油的表观粘度和表面张力逐渐增大，使得RP-3航空煤油在低温环境下的雾化性能变差。此外，不同喷嘴直径、喷嘴入射角、油气体积流量对RP-3航空煤油雾化特性均有着重要的影响。
关键词：RP-3航空煤油；低温环境；雾化特性；数值模拟
Abstract
ThispaperstudiestheatomizationcharacteristicsofRP-3aviationkeroseneinlowtemperatureenvironment.Byusingexperimentalmethods,thephysicalparameterssuchasapparentviscosity,densityandsurfacetensionofRP-3aviationkeroseneatdifferenttemperaturesweremeasured.Meanwhile,thenumericalsimulationmethodofgas-liquidtwo-phaseflowwasusedtosimulatetheatomizationofRP-3aviationkeroseneunderdifferentconditions.Theresultsshowedthatwiththedecreaseoftemperature,theapparentviscosityandsurfacetensionofkeroseneincreasedgradually,makingtheatomizationperformanceofRP-3aviationkeroseneworseinlowtemperatureenvironment.Inaddition,thenozzlediameter,nozzleincidenceangle,andgas-liquidvolumeflowratehaveimportanteffectsontheatomizationcharacteristicsofRP-3aviationkerosene.
Keywords:RP-3aviationkerosene;lowtemperatureenvironment;atomizationcharacteristics;numericalsimulation
正文
一、引言
在航空发动机的燃烧室中，燃料经过喷嘴雾化成为燃料雾，在高温和高压气体的作用下进行爆炸燃烧，提供了发动机所需的能量。雾化过程是燃料进入燃烧室的关键步骤，其雾化质量直接影响到燃烧效率和发动机性能。然而，在低温环境下，煤油的物理性质会发生变化，从而影响雾化特性，因此需要对煤油的雾化性能在不同条件下进行研究，以保证发动机在低温环境下的正常运行。
RP-3航空煤油是航空发动机常用的燃料，其物理特性与其它轻质石油燃料类似，但由于其在低温环境下凝固温度的较高，其雾化性能可能会受到更大的影响。因此，本文以RP-3航空煤油为研究对象，对其在低温环境下的雾化特性进行试验研究，并利用数值模拟方法对其雾化过程进行模拟，以探究其物理性质和操作条件对雾化性能的影响。
二、材料与方法
2.1实验材料
本文采用的RP-3航空煤油来自中国石油天然气股份有限公司，其密度为0.78g/cm3，粘度为2.8mPa·s（20℃），引燃点为42℃。其它实验所需的材料包括介质（乙醇）、喷嘴（钨钢材质）、高速摄像机（PhotronSA-X2）、表面张力仪（Kruss）等。
2.2实验方法
首先，采用表面张力仪测量了不同温度下RP-3航空煤油的表面张力，测量范围为-10℃~30℃，每隔10℃测量一次。然后，利用旋转粘度计测量其表观粘度，同样测量范围为-10℃~30℃，每隔10℃测量一次，并将其密度测量出来。在实验过程中，煤油通过针式喷嘴喷入乙醇中，利用高速摄像机记录喷雾情况，分析不同温度、不同喷嘴直径、不同喷嘴入射角度以及不同油气体积流量对喷雾质量的影响。
2.3数值模拟方法
采用数值模拟方法模拟RP-3航空煤油在不同温度，不同喷嘴直径、不同喷嘴入射角、不同油气体积流量条件下的雾化情况。经实验测定得到的RP-3航空煤油的物理参数分别作为模拟条件，采用计算流体力学（CFD）方法对其喷雾过程进行数值模拟，以研究物理参数对雾化性能的影响。
三、结果与分析
3.1实验结果
实验结果显示，随着温度的降低，RP-3航空煤油的表观粘度和表面张力逐渐增大。在-10℃时，RP-3航空煤油