典型管路rp-3航空煤油热氧化结焦沉积特性研究

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1、中图分类号：V231.1论文编号：102870218-S024学科分类号：080701硕士学位论文典型管路RP-3航空煤油热氧化结焦沉积特性研究研究生姓名姬鹏飞学科、专业工程热物理研究方向燃烧与传热传质指导教师张净玉副教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchonAutoxidati

2、onCokingCharacteristicsofAviationKeroseneRP-3inTypicalPipelineAThesisinThermalPhysicsEngineeringByJiPengfeiAdvisedbyAssociateProfessorZhangJingyuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本

3、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：南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着航空发动机技术的不断发展，性能不断提高，导致压比不断升高，压气机出口温度也不断升高，

4、燃油系统受到高温空气的加热导致燃油温度升高。同时燃油作为冷源广泛的被用于冷却飞机的电子、滑油等装置，导致燃油温度随之升高。过高的燃油温度会使燃油发生一系列物理化学变化产生结焦，影响发动机正常工作。另外，随着航空业发展，对航空发动机环保性的要求也不断提高。为了实现环保目标，先进航空发动机广泛采用低污染燃烧室。低污染燃烧室和传统燃烧室相比，燃烧组织更加先进，结构也更加复杂。复杂的结构对结焦防护带来了新的挑战。对于航空发动机而言，在保证性能和安全的前提下提高部件使用寿命是设计的关键指标之一。对燃油喷嘴，换热

5、器等易结焦的部件而言，针对结焦产物物性的研究有助于对结焦机理的理解。同时，对结焦沉积的零部件性能衰减规律的研究需要建立在热氧化结焦沉积特性和结焦产物的物性研究的基础上。综上所述，本文以低污染燃烧室燃油喷嘴热防护技术为研究背景，针对RP-3航空煤油在低污染燃烧室燃油喷嘴典型管路内的热氧化结焦特性和结焦产物热物性开展研究，总结其结焦特性并分析结构，流速等参数变化对其影响规律和结焦产物的物性。为低污染燃烧室燃油喷嘴热防护方案设计提供技术支持。本文结合低污染燃烧室燃油喷嘴典型管路结构特点，提出“急弯”和“缓弯

6、”两种典型结构，并对其流动和传热特性进行数值模拟分析。基于恒定环境温度的试验方法，制定试验方案，搭建热氧化结焦试验系统，设计螺旋管和直角弯管两种结构试验件，对RP-3航空煤油在两种结构下的结焦沉积特性进行试验研究。另外，针对结焦产物的物性开展了试验研究。测量结焦产物的物性，获其表观形貌，拟合结焦产物的比热容和导热系数随温度变化的经验关系式。主要结论：直角弯管和螺旋管的出口温度均随着进口流速的增大而减小，直角弯管壁温随着进口流速的增加而减小；直角弯管的沿程结焦量在进入弯曲区域后迅速升高，峰值出现位置相比

7、于直管大幅提前；峰值后，结焦量在弯曲区域总体保持了较高的水平，进入出口直管段开始下降；螺旋管沿程结焦量分布呈现双峰结构，第一峰值出现的位置相比于直管大幅提前；两种结构下，随着进口流速的增加，沿程结焦量和总单位面积结焦量均下降；螺旋管，直角弯管和直管的沿程结焦量依次降低；对直角弯管局部结焦量的研究显示，弯曲区域和直管区域结焦量不存在明显差异；结焦产物微观结构为球状颗粒堆积且表面存在可见孔隙；其表观密度约为1049kg/m3，真密度约为1498kg/m3，孔隙率约为29.9%；油焦比热容约为1.1~2.2

8、J/g•K，导热系数约为0.19~0.28W/m•K，均随着温度的升高而增加。关键词：低污染燃烧室；燃油喷嘴；RP-3航空煤油；氧化结焦；物性；表观形貌I典型管路RP-3航空煤油热氧化结焦沉积特性研究II南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofaeroenginetechnology,thecontinuousimprovementofperformanceleadstotherisingp