1. Общие сведения
Глубокое понимание характеристик сгорания авиационного керосина и повышение его производительности имеют решающее значение для авиационных двигателей. Однако состав авиационного керосина чрезвычайно сложен, что затрудняет создание точной модели динамики топлива, моделирующей реакции сгорания всех его компонентов. В ответ на эту проблему исследователи используют суррогатное топливо — топливные смеси с известными пропорциями и составами — для имитации характеристик сгорания реального топлива и разработки механистических моделей. РП-3, который широко используется в качестве авиационного керосина в Китае, был предметом симуляционных исследований многих ученых.
2.Исследовательский контент
Чтобы исследовать характеристики сгорания RP-3, группа исследования динамики горения в Сычуаньском университете использовала суррогатные компоненты для изучения свойств горения и оптимизации параметров.
Изображение 1. Принципиальная схема экспериментальной системы.
Исследовательская группа смешала топливо с воздухом и подожгла его в камере сгорания с помощью электронной искры. Они использовали высокоскоростную камеру Revealer (X213) в сочетании с шлирен-системой визуализации, чтобы сформировать высокоскоростную систему визуализации, которая синхронно записывала морфологию распространения пламени со скоростью 20 000 кадров в секунду. Контролируя переменные, они проверяли характеристики сгорания при различных давлениях и температурах. Система высокоскоростной визуализации могла четко фиксировать изображения топлива в камере сгорания в каждый момент, и на основе этих изображений рассчитывался радиус сгорания для определения скорости сгорания и других параметров. Рендеринг выглядит следующим образом:
Изображение 2. Высокоскоростные шлирен-изображения пламени в камере сгорания при постоянном давлении (2 бар) и различных температурах.
Изображение 3. Высокоскоростные шлирен-изображения пламени в камере сгорания при постоянной температуре (443К) и изменяющемся давлении.
3. Заключение исследования
1). Разработано новое топливо-заменитель керосина РП-3 с детальным соотношением состава. В экспериментах по горению сравнивались характеристики горения, такие как скорость горения, суррогатного топлива и керосина РП-3 в различных условиях.
2). Скорость горения суррогатного топлива РП-3 существенно возрастала с ростом начальной температуры или начального давления. Скорость горения достигла максимума вблизи стехиометрического соотношения 1,1; кроме того, экспериментальные данные и смоделированные скорости горения были подтверждены с использованием модели KSRM.
3). Радиус распространения пламени на начальных этапах не соответствовал росту давления. Такое несоответствие может быть связано с влиянием избыточной энергии воспламенения и толщины пламени на неустойчивое распространение расширяющегося пламени.
4). С увеличением давления маркстайновская длина керосина РП-3 значительно уменьшалась. Однако существенной разницы в маркштейновской длине керосина РП-3 при разных температурных условиях не выявлено. Кроме того, было обнаружено, что длина Маркштейна керосина РП-3 соответствовала характеристикам его заменителя, но разница в длине Маркштейна между керосином РП-3 и его суррогатом стала заметной на стороне, богатой топливом.
4. Краткое описание промышленного применения
Система наблюдения, состоящая из высокоскоростной камеры в сочетании с устройством формирования шлирен-изображений, широко используется для наблюдения за пограничными слоями воздушных потоков, горения, ударных волн, тепловой конвекции внутри газов, а также полей течения в аэродинамических или водных трубах. Эта система помогает исследователям, делая менее осязаемые экспериментальные явления более наблюдаемыми и четко записываемыми, предоставляя исследователям комплексное решение. (Эта информация предоставлена исследовательской группой динамики горения в Сычуаньском университете.)
