内燃波转子复杂波系及火焰传播特性研究

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1、中图分类号：V231.2论文编号：102870218-S038学科分类号：080703硕士学位论文内燃波转子复杂波系及火焰传播特性研究研究生姓名李维学科、专业动力机械及工程研究方向动力机械燃烧与传热指导教师李建中副教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergy&PowerEngineeringResearchoncomplexwaveandflamepropagationcharacteristicsofinterna

2、lcombustionwaverotorAThesisinPowerMachineryandEngineeringbyLiWeiAdvisedbyAssociateProfessorLiJianzhongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其

3、他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：_日期：_南京航空航天大学全日制学术学位硕士学位论文摘要内燃波转子作为一种新概念燃烧装置，具有波转子预增压和高效等容燃烧的优势，能够显著的提高各种发动机和机械的性能。通过在特殊环境下产生的压缩波、激波等不稳定的复杂波系对气流进行压缩实现预增压，同时采用爆燃或爆震模式实现高热力学循环效率的等容燃烧。本文以内燃波转子为研究对象，采用数值和实验方法，开展了内燃波转子复杂波

4、与火焰传播特性研究，同时探讨了不同堵塞比扰流片、不同混气填充速度、不同氮气稀释度混气、不同热射流组分等对其波与火焰传播特性的影响。主要研究成果如下：（1）针对燃烧过程的数值模拟，采用直接关系图法（DGR）、准稳态假设法（QSSA）以及敏感性分析法，建立了一种23组分55步基元反应的简化机理。分别从乙烯的点火延迟时间、火焰传播速度以及燃烧过程组分浓度等方面与详细机理进行宽条件范围的对比验证，验证了简化机理能够很好的应用于乙烯燃烧过程模拟。（2）通过分析内燃波转子的结构和工作过程，建立了三种简化内燃波转子计算模型，具体包括：单通道二维内燃波转子计算模型、全通道二维内燃波转子计算模型和

5、全通道三维内燃波转子计算模型。依据内燃波转子的流动、燃烧特征，确定了可用于内燃波转子工作过程模拟的计算方法。（3）详细分析了单通道二维内燃波转子波与火焰的相互作用过程，一般分三个阶段：一是波引领着火焰锋面加速传播，二是波撞击端壁后反射并作用火焰锋面，三是波继续撞击端壁后反射并追赶火焰锋面。加入扰流片后波与火焰在第一阶段就完成了耦合，随着扰流片堵塞比的增加波与火焰耦合时的时间和距离都在减小。氮气稀释度到达0.8后，由于燃烧过程强度在减弱，火焰在第一阶段无法加速至与燃烧波耦合。详细分析了全通道二维内燃波转子波与火焰的相互作用过程，考虑混气填充过程后，波与火焰很快的耦合在一起了，然后以

6、爆震波的形态在波转子通道内传播，待传播至燃料与空气分界面处，波与火焰出现了解耦。此后，波撞击端壁在通道内来回运动，火焰继续向前传播直至将通道内预混气消耗殆尽。混气填充速度增大后越有利于预增压过程，但是，混气填充速度过大时，会出现混气溢出波转子通道的情况，此后，继续增加混气填充速度时，反而不利于之后的点火过程。详细分析了全通道三维内燃波转子波与火焰的相互作用过程。在此模型下，波与火焰并未能实现耦合，但是整个过程平均火焰传播速度达到106.6m/s，实现了快速燃烧模式。排气密封板打开，波转子通道内的高温、高压燃气向外排出，会产生一系列膨胀波，向通道内传播的膨胀波能够降低通道内的压力和

7、温度，有利于下个工作循环的填充气过程。（4）针对多循环单通道内燃波转子实验系统，开展了不同堵塞比扰流片对其压力增益及火I内燃波转子复杂波系及火焰传播特性研究焰传播特性研究，研究结果表明：扰流片的存在能够极大的提高波转子通道内的压力波强度，在堵塞比为38.91%时，PT2处压力峰值相较于没有扰流片时提高了200%。同时随着扰流片堵塞比的增加火焰平均传播速度增加。在Br=38.91%时能够获得最大平均火焰传播速度29.173m/s。关键词：内燃波转子，复杂波系与火焰相互作用，乙烯化学