CFX吸气式发动机性能测试实验模拟(2)

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4.1 压力实验数据分析 21

4.2 燃气平均气温实验数据分析 22

4.3 燃气各组分浓度实验数据分析 23

5 数值模拟结果分析 24

5.1 压力数据分析 24

5.2 燃气气流流速数据分析 25

5.3 燃气温度数据分析 25

5.4 燃气中O2、CO、CO2质量分数数据分析 26

结论 30

致谢 31

参考文献 32

1 绪论

脉动燃烧技术较常规燃烧技术有其独特的、无可比拟的优越性，即高效节能，降低污染，它是缓解目前我国能源利用效率和环境污染问题的有效途径之一。因此脉动燃烧技术日益得到重视，并逐渐被广泛应用于化工、能源、民用等很多领域。但对其机理还缺乏足够的认识，尤其是低污染脉动燃烧机理了解更少，对脉动燃烧装置内的瞬态流动、燃烧过程声压特性的研究甚少，缺乏对高频周期性变化的瞬态流动的实验研究，数值研究较少，从而限制了脉动燃烧装置的进一步发展。

由于存在上述迫切需要解决的关键技术问题，本项目拟在使用高频水冷压力传感器对脉动燃烧瞬态压力特性进行测量的同时，利用气体分析仪、红外热像仪以及特制的微细热电偶丝对脉动喷气发动机的燃烧产物、壁面温度以及温度的分布进行测量，分析相关变量的变化规律，获得亥姆霍兹型脉动喷气发动机的燃烧特性。

1.1 脉动燃烧国内外研究概况

1.2 脉动喷气发动机

脉动燃烧装置的成功应用之一是作为动力装置的脉动喷气发动机，本次研究的主要过程也是在基于脉动喷气发动机相关实验的基础上的。有阀式脉动喷气发动机由进气道、中心锥、阀片、燃烧室、收敛段、喷管等结构组成，典型结构如图1.1所示。脉动喷气发动机的工作过程与Humphrey循环极为相似，Humphrey循环是以等容加热过程之后的等熵压缩过程为起始，然后高温燃气等熵膨胀，在膨胀过程中产生推力。接下来，进行等压放热排气，最终封闭整个循环。脉动喷气发动机的循环过程与Humphrey过程之间的主要区别在于放热过程。在脉动喷气发动机中，其放热并非完全意义上的等熵放热过程也不是等压过程，而是介于两者之间的状态。对于有阀式脉动喷气发动机，由于从尾管排出的高温燃气的惯性，导致膨胀现象，从而在燃烧室内造成一定的负压，进而打开阀片，新鲜空气得以进入燃烧室。此时燃油进入燃烧室，和同时进入的新鲜空气、残存在燃烧后室内的前一循环的高温燃气混合。前一循环压力波从尾管开放段反射到燃烧室里面，燃烧室内的压力增加从而阀片关闭，辅助残存在燃烧室内的前一循环的高温燃气点燃燃烧室内的可燃混合物。这样，脉动喷气发动机开始循环工作，周而复始。无阀式脉动喷气发动机结构如图1.2所示。其过程与有阀式较为相似，只是没有阀片动作。无阀式脉动喷气发动机循环工作过程依赖进气道及尾管内压力传递过程[10]。

在第二次世界大战末期，如图1.3所示，脉冲喷气发动机曾作为V1“嗡嗡弹”的动力装置。这种发动机发出巨大的噪声，生产成本极低，非常适合作为短程轰炸。在二次世界大战之后，科研工作者又对脉冲喷气发动机进行了很长时间的研究工作。然而，研究发现，相对于涡轮喷气发动机来说，脉冲喷气发动机热力循环效率低、噪声大、阀片寿命短，缺乏竞争力。到了20世纪50年代之后，对其的研究逐渐减少，人们逐渐将注意力转移到涡轮喷气发动机的研制上。但是，近几年来，由于脉冲喷气发动机成本低、结构简单、重量轻，非常适合作为新概念推进系统，人们对其研究的兴趣又逐渐增加。在这里，预期的运用范围包括将小型/微型脉冲喷气发动机应用在无线电遥控飞行器和无人机上。