激波管的設(shè)計與乙烯燃燒的化學(xué)機理研究.pdf

1、乙烯是超燃發(fā)動機、燃氣渦輪發(fā)動機等推進設(shè)備的烯烴類碳氫燃料，也是碳氫燃料熱裂解過程中的重要小分子產(chǎn)物。在高超聲速條件下，乙烯在發(fā)動機燃燒室內(nèi)停留時間的長短和乙烯在不同溫度、壓強下反應(yīng)路徑的不同，這都成為其關(guān)注的問題。因此，對乙烯的點火特性研究對碳氫燃料點火燃燒反應(yīng)動力學(xué)的模型驗證具有重要意義。
　　由于激波管能夠提供高溫和高壓的環(huán)境，所以是研究燃料點火特性一個有效的工具，并且其具有結(jié)構(gòu)簡單，不需要大功率電源，不需要冷卻系統(tǒng)，能夠比

2、較容易的快速將氣體加熱、加壓和加速至很高參數(shù)值等優(yōu)點，因此在燃料的燃燒實驗研究中得到了廣泛的應(yīng)用。本文為了使激波管達到實驗研究的要求，首先，對激波管內(nèi)的流場進行了Fluent數(shù)值模擬，模擬氣體在激波管內(nèi)流動的情況，總結(jié)了現(xiàn)有的激波管實驗裝置設(shè)計參數(shù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計搭建了一套激波管實驗平臺。搭建的實驗平臺主要由激波管、配氣系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、光學(xué)測量系統(tǒng)組成。激波管包括管體及其支撐系統(tǒng)；配氣系統(tǒng)由高壓預(yù)混氣室、低壓預(yù)混氣室、氣瓶、真空泵組

3、、壓力計、真空計閥門和管路等部件組成；壓力信號由壓電傳感器采集，經(jīng)電荷放大器放大后，由數(shù)字示波器采集；光譜測量系統(tǒng)由濾光片，單色儀，光電倍增管。其次，在激波管搭建完成后，結(jié)合理論計算和實驗進行了入射激波衰減率測定實驗、膜片爆破應(yīng)力分析實驗，分析了激波衰減過程的主要影響因素，實驗結(jié)果表明，激波強度隨著距離的增加不斷衰減，速度越大，衰減越嚴重，驗證了膜片破裂壓力與材料的抗拉強度成正相關(guān)，與膜片原始厚度成正相關(guān)。最后，乙烯分別在75%和96%

4、的稀釋度下，乙烯、氧氣、氬氣按化學(xué)當(dāng)量比為1，壓力1-3tam，溫度在1062-1683K范圍內(nèi)實驗研究，實驗測得了75%和96%的稀釋度的乙烯在不同溫度下的點火延遲時間，通過點火延遲時間和四種化學(xué)機理模型進行對比驗證，發(fā)現(xiàn)LLNL機理模擬結(jié)果與本實驗數(shù)據(jù)的吻合度最高；然后使用Chemkinpro軟件模擬LLNL機理對乙烯在不同溫度和不同氬氣稀釋度的情況下氧化反應(yīng)路徑進行了分析，得出③反應(yīng)C2H4的消耗百分比在75%稀釋度下是96%稀釋