1. Introducción de antecedentes

Comprender en profundidad las características de combustión del queroseno de aviación y mejorar su rendimiento son cruciales para los motores de las aeronaves. Sin embargo, la composición del queroseno de aviación es extremadamente compleja, lo que dificulta establecer un modelo preciso de dinámica del combustible que simule las reacciones de combustión de todos sus componentes. En respuesta a este desafío, los investigadores utilizan combustibles sustitutos (mezclas de combustibles con proporciones y composiciones conocidas) para imitar las características de combustión de los combustibles reales y desarrollar modelos mecanísticos. El RP-3, que se utiliza ampliamente como queroseno de aviación en China, ha sido objeto de estudios de simulación por parte de muchos académicos.

2. Contenido de la investigación

Para investigar las características de combustión de RP-3, el Equipo de Investigación de Dinámica de Combustión de la Universidad de Sichuan empleó componentes sustitutos para explorar sus propiedades de combustión y optimizar los parámetros.

Imagen 1-- Diagrama esquemático del sistema experimental

El equipo de investigación mezcló combustible con aire y lo encendió en la cámara de combustión utilizando una chispa electrónica. Utilizaron una cámara de alta velocidad Revealer (X213) combinada con un sistema de imágenes Schlieren para formar un sistema de imágenes de alta velocidad, que registró de forma sincronizada la morfología de propagación de la llama a una velocidad de 20.000 fps. Mediante el control de variables, probaron las características de la combustión bajo diferentes presiones y temperaturas. El sistema de imágenes de alta velocidad pudo registrar claramente imágenes del combustible en la cámara de combustión en cada momento, y el radio de combustión se calculó a partir de estas imágenes para determinar la velocidad de combustión y otros parámetros. La representación es la siguiente:

Imagen 2: Imágenes Schlieren de alta velocidad de llamas en la cámara de combustión bajo presión constante (2 bar) y temperaturas variables.

Imagen 3: Imágenes Schlieren de alta velocidad de llamas en la cámara de combustión a temperatura constante (443 K) y presiones variables.

3. Conclusión de la investigación

1) Se ha desarrollado un nuevo combustible sustituto del queroseno RP-3, junto con una relación de composición detallada. Los experimentos de combustión compararon las características de combustión, como las velocidades de combustión, del combustible sustituto y del queroseno RP-3 en diferentes condiciones.

2) La velocidad de combustión del combustible sustituto RP-3 aumentó significativamente con el aumento de la temperatura inicial o la presión inicial. La velocidad de combustión alcanzó su punto máximo cerca de la relación estequiométrica en 1,1; además, los datos experimentales y las velocidades de combustión simuladas se validaron utilizando el modelo KSRM.

3) El radio de propagación de la llama en las etapas iniciales no fue coherente con el aumento de la presión. Esta discrepancia podría estar relacionada con el impacto de la energía de ignición excesiva y el espesor de la llama en la propagación inestable de las llamas en expansión.

4) Con el aumento de la presión, la longitud de Markstein del queroseno RP-3 disminuyó significativamente. Sin embargo, no hubo una diferencia significativa en la longitud de Markstein del queroseno RP-3 en diferentes condiciones de temperatura. Además, se encontró que la longitud de Markstein del queroseno RP-3 era consistente con el rendimiento de su sustituto, pero la diferencia en la longitud de Markstein entre el queroseno RP-3 y su sustituto se hizo pronunciada en el lado rico en combustible.

4. Resumen de la aplicación industrial

El sistema de observación, compuesto por una cámara de alta velocidad acoplada a un dispositivo de captura de imágenes Schlieren, se utiliza ampliamente para observar las capas límite de los flujos de aire, la combustión, las ondas de choque, la convección térmica dentro de los gases, así como los campos de flujo en túneles de viento o de agua. Este sistema ayuda a los investigadores al hacer que los fenómenos experimentales menos tangibles sean más observables y registrables con claridad, lo que les proporciona una solución integral. (Esta información procede del Equipo de Investigación de Dinámica de la Combustión de la Universidad de Sichuan).