内燃波转子工作过程及燃烧特性研究

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1、中图分类号：V231.2论文编号：102870216-B036学科分类号：082502博士学位论文内燃波转子工作过程及燃烧特性研究研究生姓名巩二磊学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向新概念燃烧技术指导教师韩启祥教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一六年十一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchonworkingprocessandcombustionperformanceofwaver

2、otorcombustorAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyGongErLeiAdvisedbyProf.HanQixiangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyNovember,2016承诺书本人声明所呈交的博/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，论文中不包含其它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

3、或其它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：南京航空航天大学博士学位论文摘要内燃波转子是一种新型非定常增压燃烧装置，具有大幅度提高推进系统性能的潜在优势。目前国内外针对内燃波转子的研究主要集中在方案论证和关键技术领域，关于其工作过程及燃烧性能的研究较少，本文在分析其对涡轴发动机性能影响的基础上，开展其工作过程及燃烧性能研究。主要研究内容和成果包括：⑴建立了内燃波转子涡轴发动机循环分析模型

4、，验证了内燃波转子提高发动机总体性能的优势，在此基础上选择合适的初始参数，完成了内燃波转子气动方案设计，研究表明该方案可以实现约32%的压力增益和10.4%的温度增益，以氢气为燃料燃烧所产生压力波压力约为2MPa，验证了所设计方案的可行性，并设计了内燃波转子试验系统。⑵为了解决内燃波转子点火问题，设计加工了射流点火器，并进行了试验研究。研究结果表明，燃料沿切向孔填充时，可以实现较低点火极限及更宽的稳定燃烧范围，确定为射流点火器的燃料填充方案；采用出口直径为10mm的“渐缩—渐扩—直段”喷管，产生的射流达姆克勒数最适合应用于内燃波转子点火，此时射流核心长度为45mm以上

5、，射流核心内能量和动量随着进口流量的增加分别呈线性分布和二次分布。⑶为了验证所设计热射流点火器的实用性，设计建立了静止预混气单通道内燃波转子燃烧试验系统，研究发现采用设计的热射流点火器，可以成功实现内燃波转子的点火，同时发现喷管出口距波转子通道端面为38mm时对点火不利，预混气油气比为1.5燃烧过程压力增益最高，而且预混气成分对火焰锋面倾斜程度具有决定性的影响；⑷为了揭示内燃波转子详细工作过程，设计建立了进排气端口旋转的单通道内燃波转子试验系统，试验研究发现内燃波转子稳定工作的填充速度范围和当量油气比范围分别约为：V6～36m/s，0.3～1.5，燃烧所产生

6、压力波峰值压力最大可达0.73MPa。总体上预压in缩增压比P随填充速度的增加而增加，随着填充气体的油气比增加而减小；燃烧所产生压力波强度随波转子转速和油气比增加而增加，内燃波转子循环不可重复性指数P与燃烧所产生压力波强度呈此消彼长的关系。由于泄漏的影响，反应区的扩张速度随波转子转速增加而迅速增加，其相对于时间的变化率从900rpm时的0.05迅速增加到1500rpm时的0.195。混气成分对火焰锋面形状具有显著影响，油气比较低时，火焰锋面向内弧面倾斜，当油气比增加到一定值时，火焰倾斜方向改变，且该临界值随波转子转速增加逐渐减小。⑸试验研究了三种进排气端口相对位置

7、对内燃波转子燃烧性能的影响，其中在作用时序Ⅰ下，波转子的工作范围最宽。探索了堵塞比为18%和28%两种情况下，强化燃烧装置对内燃波转子燃烧性能的影响，发现火焰经过扰流片之后，燃烧峰值压力增加，火焰传播速度迅速增加，最大可以达到100m/s。⑹为了探索多通道内燃波转子协调工作问题，建立了旋转双通道的内燃波转子试验系统，通过试验调试实现了其中一个通道的稳定工作，而另一个通道由于反压影响，工作过程存在不稳定性；燃烧性能随气流填充速度和油气比增加而增加，最后采用数值方法分析了离I内燃波转子工作过程及燃烧特性研究心力场对内燃波转子燃烧特性的影响。通过本文研究，