【摘 要】
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本文主要基于高频OH-PLIF技术并结合聚焦纹影、壁面压力测量开展超声速燃烧室点火与稳焰过程研究,重点针对气态氢气和乙烯燃料,液态煤油燃料在不同脉冲燃烧风洞开展多工况试验研究,利用图像处理、POD模态分解等手段分析试验数据,获得超声速燃烧室点火与稳焰规律。试验研究前为适应脉冲风洞现场振动大、温度和湿度变化大等复杂环境,对高频PLIF测试系统进行了系统优化,重点解决了系统环境适应性问题,确保测试系统
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本文主要基于高频OH-PLIF技术并结合聚焦纹影、壁面压力测量开展超声速燃烧室点火与稳焰过程研究,重点针对气态氢气和乙烯燃料,液态煤油燃料在不同脉冲燃烧风洞开展多工况试验研究,利用图像处理、POD模态分解等手段分析试验数据,获得超声速燃烧室点火与稳焰规律。试验研究前为适应脉冲风洞现场振动大、温度和湿度变化大等复杂环境,对高频PLIF测试系统进行了系统优化,重点解决了系统环境适应性问题,确保测试系统在风洞试验中稳定工作。在气态燃料研究中,利用搭建好的测试系统以及调试好的脉冲燃烧风洞,主要针对氢气燃料和乙烯燃料,通过改变喷注当量比、喷注位置和燃料种类并通过OH-PLIF和聚焦纹影同步测试进行气态燃料点火与稳焰规律研究,结果表明氢燃料喷注当量比0.1比当量比0.3燃烧充分,但是火焰脉动相对较小;凹腔内和凹腔前燃料喷注条件下点火阶段壁面压力差别较大,凹腔内喷注时燃烧区域在主流更多并延伸至凹腔前缘,凹腔前喷注时火焰主要在凹腔前缘下游一段距离的凹腔剪切层里面,结合POD模态分析表明凹腔内喷注时火焰前后振荡更加明显,凹腔前喷注时火焰上下振荡比较明显;不同喷注条件下的同步测试结果主要表明凹腔前喷注当量比0.3条件下火焰振荡大于凹腔内喷注当量比0.1条件;乙烯燃料的试验结果表明火焰主要分布在凹腔后缘及剪切层位置,乙烯低当量比条件火焰燃烧比高当量比条件燃烧更充分。在液态燃料研究中,首先开展煤油燃料点火与稳焰研究,其次研究不同喷注当量比下的点火与稳焰特性,并与乙烯的燃料进行对比。分析结果表明在氢与煤油共存燃烧时,火焰处于凹腔剪切层,燃烧模式属于射流尾迹燃烧模式;高当量比时,氢气与煤油共同燃烧向煤油单独燃烧的过渡时间比低当量比短,OH-PLIF信号更强,燃烧比较充分;高当量比下煤油稳定燃烧时,燃烧更加充分,但火焰更加不稳定;POD结果显示不同煤油喷注当量比条件下火焰燃烧均存在上下振荡现象。乙烯和氢气共同燃烧时,OH-PLIF结果显示与煤油氢气共同燃烧时火焰位置类似;乙烯单独燃烧时火焰属于凹腔剪切层稳焰模式,而煤油单独燃烧时火焰脉动比较大,覆盖整个燃烧室,火焰稳定模式随之变化。本文利用高频OH-PLIF技术获得了不同燃料的超声速燃烧室点火与稳焰过程图像,研究了获得了点火与稳焰规律,为超声速燃烧室燃烧机理研究提供了试验支撑,促进了超声速推进技术的发展。
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