煤油／空气脉冲爆震发动机激波反射起爆研究

为了研究煤油/空气脉冲爆震发动机爆震室内激波遇到障碍物发生反射促使PDE通常完成爆燃向爆震转变的起爆技术,设计加工了环型孔板和双半V型楔面体,并安装在内径100 mm的爆震管内,进行了多循环爆震试验,成功实现了煤油/空气脉冲爆震发动机工作频率30 Hz稳定工作,获得稳定传播的爆震波.研究结果表明:在爆震室内安装合理结构的障碍物能够有效提高激波反射,缩短爆燃向爆震转变的距离(时间),成功获得稳定传播的爆震波.研究结果为优化设计煤油/空气脉冲爆震发动机原理样机提供了初步理论基础.     

煤油氧气脉冲爆震火箭发动机爆震特性

脉冲爆震火箭发动机(PDRE)是一种利用脉冲式爆震波产生高温、高压燃气发出的冲量来产生推力的推进系统.与常规液体火箭发动机相比,脉冲爆震火箭发动机具有更高的性能,并且结构更简单.本文以航空煤油为燃料、氧气为氧化剂、压缩氮气为隔离气体,并利用电磁阀控制燃料、氧化剂和隔离气体的间歇式供给.利用低的点火能量(50mJ),在内径50mm,长度1.1m的爆震管内进行了大量的多循环爆震试验,研究煤油氧气电磁阀脉冲爆震火箭发动机的爆震波特性.研究结果为进一步研究气液两相多次爆震燃烧机理提供了依据,为研制工程应用的PDRE提供理论和实践基础.     

涡扇-脉冲爆震组合发动机内外涵掺混器研究

在涡扇发动机基础上,以脉冲爆震燃烧室代替普通加力燃烧室构成涡扇-脉冲爆震组合发动机.对该组合动力,涡扇发动机内外涵掺混过程对脉冲爆震燃烧室的进气状况有着重要的影响,本文针对环形混合器和波瓣混合器进行了数值模拟,揭示了两种混合器不同的掺混机理,同时研究了不同穿透率的波瓣混合器对流场的影响.结果表明,相对于环形混合器,采用波瓣混合器能够获得良好的掺混效果和PDE入口温度的提高;但随着穿透率的增加,波瓣混合器总压损失也会增加,同时PDE入口的氧气浓度也有所降低.     

冷等离子体放电区长度对爆震特性影响的实验研究

快速高效的起爆对脉冲爆震发动机工作特性的作用十分关键.文章以乙炔为燃料、空气为氧化剂,使用双爆震管研究冷等离子体和火花塞两种点火方式对起爆特性的影响规律.冷等离子体发生器采用自主设计产品,研究中通过改变冷等离子体放电区长度,测试爆震波的传播过程,给出了放电区体积大小对爆震特性的影响.实验结果表明:冷等离子体点火起爆特性明显优于火花塞;在基本保证放电功率不变时,放电区长度的变化对火焰传播时间、火焰传播速度、爆震波峰值压力影响不大.因此,在工程实践中,采用小区域放电能够减少冷等离子的体积且不影响起爆性能.      

吸气式脉冲爆震发动机喷管试验研究

分别对采用不同面积比、不同长径比的收敛喷管、扩张喷管和收扩喷管的吸气式脉冲爆震发动机(PDE)进行了多循环爆震试验研究,着重研究了不同工作频率下喷管面积比和长径比对吸气式PDE性能的影响.研究发现,各个工作频率下,收敛喷管均能显著提高发动机性能,面积比越小,增推效果越好,最大能够达到32%;扩张喷管则降低发动机性能或者增推效果有限;收敛扩张喷管增推效果略低于对应面积比的收敛喷管.喷管长径比对吸气式PDE性能影响不大,随着长径比增加,PDE推力略有降低.     

燃烧过程测量、模拟及爆震燃烧技术应用专题序言

爆震燃烧是基本的燃烧模态之一具有极高的强度和极快的燃烧速率以其构建热力循环并将其应用于先进动力装置具有区别于爆燃燃烧过程的显著优势是人们始终追求的梦幻动力.然而也恰恰由于爆震燃烧过程剧烈因此在受限空间内形成稳定、可控、高频率的爆震波成为挑战.在工程上发展稳定的爆震燃烧动力装置需要解决可靠点火起爆、燃料/氧化剂快速掺混、爆震波稳定传播等关键技术难题.近些年连续旋转爆震取得了长足的进展.连续旋转爆震仅需单次成功点火在环形或者圆柱形燃烧室内形成周向传播的爆震波从而使得不断充入燃烧室的未燃混合气快速起爆.基于连续旋转爆震的火箭发动机、冲压发动机甚至连续旋转爆震涡轮发动机都取得了创造性的成绩.尽管在工程化应用的征途上仍然需要解决诸多爆震物理基础问题和关键技术但人们孜孜以求的决心和动力从未泯灭也必将带来颠覆性技术的诞生.     

燃油粒度对两相PDE爆震波速的影响

两相爆震燃烧的研究近来取得了较大的进步,但是仍有很多问题需要解决,诸如燃油的喷射、雾化和蒸发,燃油和氧化剂的混合,两相可爆混合物的短距离起爆等等．本文利用激光喷雾粒度分析仪分别就直射喷嘴与气动喷嘴研究了汽油的雾化情况,随着汽油流量的增加,两种喷嘴的雾化变化趋势相反．结合汽油、空气PDE模型机多循环爆震试验,发现汽油的粒度对模型机的爆震波速有较大的影响,粒度减小,波速增大,同时波速具有循环效应．     

引射器入口形状对PDE的性能影响实验

对具有两种不同进气口形状的脉冲爆震发动机(PDE)引射器增推性能进行了实验研究.实验采用汽油为燃料,空气为氧化剂.文章设计了六组具有不同直径,不同引射器入口形状的圆柱型引射器.实验采用力传感器法对具有圆形和收敛形入口形状的引射器的增推性能进行了实验研究.结果发现脉冲爆震发动机加引射器后的增推性能均有明显的改善.在引射器长径比一定的情况下,采用收敛型进气口的引射器普遍比采用圆形进气口结构的引射器增推效果明显.当引射器位于主爆震管的上游时,直径比为2.5引射器相对其它引射器具有更高的推力增益,最大可达80.5%.     

超声速气流中的爆震推进理论与研究进展

爆震燃烧近似为等容燃烧,理论上其热循环效率高于基于等压燃烧的爆燃燃烧,在超声速推进系统中具有潜在的应用价值.通过总结超声速气流中的爆震推进理论与研究进展,分析其需要解决的关键科学与技术问题,指导未来高超声速发动机的基础研究.文章重点总结了适用于高超声速飞行的斜爆震发动机、超声速脉冲爆震冲压发动机的基础研究进展.其中对斜爆震发动机的应用模式、相关实验研究思路及方法、数值仿真现状进行了总结分析.对超声速脉冲爆震冲压发动机的基础理论研究现状和目前研究的难点进行了梳理.基于爆震燃烧的超燃冲压发动机具有推进系统自增压、燃烧效率高、推力性能好、推进效率高、燃烧室长度短、结构重量轻等优势,文章总结了该发动机当前的发展进程和最新的研究进展,并对其未来的发展方向以及存在的技术问题进行了分析.      

H_2/Air旋转爆震发动机起爆实验研究

为揭示旋转爆震发动机的点火特性,采用普通火花塞和高能火花塞作为发动机点火装置,对以氢气/空气为反应物的旋转爆震发动机进行了实验研究,结合高频压力测量与高速摄影结果分析了旋转爆震波的建立过程,并通过一系列点火实验得到了发动机的稳定工作范围。研究结果表明,两种点火方式均能成功起爆发动机,点火产生的燃烧波通过火焰加速与DDT过程形成旋转爆震波,增大点火能量能够大幅缩短旋转爆震波建立时间。发动机共有三种工作模式,稳定工作范围随燃料质量流量的增加而扩大,且不同工作模式会随反应物当量比的变化而相互转换。     

Synchronous Fluorescence Method to Check Adulteration of Petrol and Diesel by Kerosene

Commercial automotive fuels available on the Indian subcontinent like petrol and diesel are heavily adulterated with kerosene. Kerosene is used as a cooking fuel among the vast rural and urban populations in India. It is heavily subsidized in the local markets; hence, it becomes a cheap and commonly available adulterant. Intelligent mixing of this product with automotive fuels escapes detection. In this work, we report the synchronous fluorescence scan (SFS) technique as a direct tool to both identify and quantify the amount of adulterant present in commercial petrol and diesel mixtures across the city of Pune. The assay reported here promises to be an efficient tool for such detection purposes (kerosene as low as 1% v/v) within a limited geographical area using conditions of calibration with local components.     

竖直圆管内超临界压力煤油传热特性实验研究

在压力2.5~4 MPa, 质量流量0.7~1.7 g/s, 热流密度0.06~1 MW/m2的实验条件下, 对煤油在内径1 mm, 长度300 mm竖直上升圆管内的流动与传热特性开展了实验研究, 并分析了传热系数随局部油温的变化及不同实验参数对传热的影响.结果表明, 超临界压力下煤油传热主要由自身物性和流动状态决定.超临界压力煤油传热过程大致可以分为3个区域:正常传热区传热强化区和传热恶化区.传热强化主要是湍流掺混增强和近壁面流体在拟临界温度附近物性剧烈变化的综合作用; 传热恶化则是因为壁温及近壁面流体温度远高于拟临界温度, 在近壁面发生了类似于亚临界状态下的“拟膜态沸腾”.      

Response of PETN detonators to elevated temperatures

In the present study, commercially available detonators with pentaerythritol tetranitrate (PETN) were subjected to elevated temperatures. The detonators were thermally ignited over a range of heating rates to measure ignition delay time and assess detonator violence. The violence of the detonator was quantified by measuring the velocity of the detonator closure disc (or “flyer”). The maximum flyer velocity of a thermally ignited detonator was comparable in magnitude to that obtained by initiating a room temperature pristine detonator with an exploding bridge wire (under the same confinement); however, the high flyer velocity was not an indication of deflagration to detonation transition (DDT) in the thermally ignited detonator. The detonator responded more violently than a thermally ignited detonator when initiated at 95% of the ignition delay time. Inoperability thresholds were also measured by varying the detonator temperature and the threshold was found to be sensitive at detonator temperatures below the melting point of PETN.     

直接供液与重力供液制冷系统的对比研究

重力再循环供液是指蒸发器依靠制冷剂自身的重力送入蒸发器,在供液高度大于蒸发器对制冷剂的阻力情况下,部分制冷剂液体在蒸发器和气液分离器所形成的回路中再循环。由于再循环作用不需要外加动力,并强化管内制冷剂的沸腾换热,蒸发器的效率得以明显提高。文中介绍了重力再循环供液制冷系统和蒸发器的结构,提出采用J.Chawla关系式和Shah关联式相结合的方法预测再循环蒸发器制冷剂侧的换热系数。采用空气侧热平衡法,对直接膨胀供液和重力再循环供液制冷系统分别进行了多蒸发温度下的性能测试。表明重力再循环供液制冷系统比直接膨胀供液制冷系统的制冷量平均增加26%,COP平均增加18%,蒸发温度平均升高1.1℃,传热系数是直接供液的1.57倍。J.Chawla关系式和Shah关联式相结合预测再循环蒸发器制冷剂侧的换热系数,其曲线结构与实验值近似,平均误差不大于20.6%。文章还对各热工参数的变化原因进行了分析。     

船用烟火信号光强测试技术研究

救生信号弹是民用船只海上救生的必要设备,其质量的好坏直接关系到人身安全。根据照度距离平方反比定律,结合光电技术和计算机辅助技术,研究救生信号弹的信号光强测试,构建测试系统。通过编写的测试软件,将测得的信号直接输入计算机,并直观地显示结果。实现了简易、快速测量救生信号弹发光强度和遮光率的目的。实验证明：该系统稳定可靠,并且符合生产企业生产过程在线检测的需要。     

雷管引爆过程光学测量

本文叙述用光学方法测量了金丝在空气中爆炸冲击波速度,等离子体温度,及金丝引爆2~*药的全过程。研究了EBW雷管的积累区,阈引爆现象及其判断,真爆速与视爆速间的函数关系。提出了该雷管的引爆机理。     

基于分布参数模型的CO_2蒸发器结构参数研究

在设计工况下,建立了用于跨临界二氧化碳热泵热水器的套管式蒸发器的稳态分布参数模型,对其结构参数进行了敏感性分析,指出了它们的合理变化范围:管内套1根管时,内管外径应至少大于11.00mm,低于13.00mm,外管内径应在20.00mm以上,23.00mm以下;管内套多根管时,以管内套3根管的性能为最优。优化设计结果对开发二氧化碳蒸发器产品具有一定的指导意义。     

LES-CMC of high-altitude relight in an RQL aeronautical combustor

Large-Eddy Simulations with the Conditional Moment Closure sub-grid combustion model and detailed chemistry for kerosene were performed for the ignition process in an Rich-Quench-Lean aviation gas turbine combustor at high-altitude conditions. The simulations used realistic boundary conditions for the flow inlet and spray droplet size distributions and velocity. Due to the large droplets, the Central Recirculation Zone (CRZ) is filled with fuel, mostly in liquid form. The first phase of the ignition process is critical and the results show that the spark kernel must provide enough energy to evaporate the spray and pyrolyse the fuel for the flame to grow and establish in the corner of the combustor. The second phase is characterised by the flame burning the mixture in the scorner and propagating around the Inner Shear Layer. This phase is also critical, as the flame needs the prevaporised fuel and smaller droplets in the corner to sufficiently increase the temperature and be able to propagate inside the CRZ, filled with liquid fuel and cold air. If this propagation inside the CRZ is achieved, phase three is accomplished and the burner is fully ignited. The simulations demonstrate the particular importance of detailed chemistry and proper boundary conditions for flame ignition simulations in high-altitude relight conditions.     

乙醇煤油混合燃料热解特性实验研究

本文实验研究了乙醇、煤油及其混合物的热解特性.利用气相色谱测量了其中氢气、甲烷、乙烯和一氧化碳的浓度.实验结果表明,燃料的热解率随温度的增加而增加.热解形成的气体中,乙醇热解得到的氢气浓度高于煤油,而甲烷和乙烯的浓度低于煤油.掺混乙醇后的煤油混合燃料热解时形成的氢气浓度随乙醇含量的增加而增加,对于在超燃冲压发动机中采用在煤油中添加一定量的含氧燃料(如乙醇、甲醇等)来解决着火和稳定燃烧问题具有很好的潜在优势.     

Evaporation of Charged Drops

A model of evaporation of a multiply charged liquid drop is developed. The model self-consistently takes into account the main factors influencing the charged drop evaporation, including effects of the drop surface curvature and charge on the saturated vapor pressure, repeated fragmentation of drops during evaporation, and the capability of drops having a unit charge and a certain stabilization radius not to evaporate even in an unsaturated vapor medium. Analytical dependences are derived that can be used to calculate an integral lifetime of a charged drop with allowance for its fragmentation into smaller drops. Our estimates demonstrate that the evaporation time of charged drops is much smaller than that of uncharged drops.