亚/超临界环境下航天煤油液滴燃烧理论研究

1

作者 吴海龙 李飞晟 +1 位作者 庞建国 董夏斌 《上海航天（中英文）》 CSCD 2024年第2期145-153,共9页

目前大推力液氧煤油火箭发动机稳定工作时燃烧室达到超临界环境,而现有的液滴蒸发燃烧模型仅适用于亚临界环境,无法用于超临界环境。建立了亚/超临界环境下煤油液滴燃烧仿真计算模型,开展了亚/超临界环境下环境参数对煤油液滴燃烧特性... 目前大推力液氧煤油火箭发动机稳定工作时燃烧室达到超临界环境,而现有的液滴蒸发燃烧模型仅适用于亚临界环境,无法用于超临界环境。建立了亚/超临界环境下煤油液滴燃烧仿真计算模型,开展了亚/超临界环境下环境参数对煤油液滴燃烧特性的影响研究。结果表明:随着环境温度的升高,火焰温度大幅增加,着火时间、迁移时间和液滴寿命均缩短。随着环境压力的增大,煤油液滴燃烧的无量纲火焰半径减小,火焰温度小幅度增大,着火时间、迁移时间和液滴寿命均缩短。压力振荡环境下,煤油液滴燃烧的液滴蒸发速率、无量纲火焰半径和火焰温度随时间变化曲线的振荡频率与环境压力振荡的频率一致,火焰温度对环境压力振荡尤为敏感。 展开更多

关键词 亚/超临界环境 环境参数 液滴 燃烧 数值仿真

在线阅读 下载PDF 职称材料

亚/超临界环境下碳氢燃料液滴的蒸发与燃烧特性 被引量：6

2

作者 马志豪 李智博 +3 位作者 朱宇东 陈占耀 贾义 徐胜利 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期443-448,共6页

采用挂滴法对正常重力下处于亚/超临界压力环境中的不同碳氢燃料液滴蒸发与燃烧现象做了详细的试验研究.采用嵌入液滴内部的热电偶和高速相机分别记录液滴温度变化和液滴发展图像.结果表明:在亚临界压力环境下,液滴燃烧过程具有平衡蒸... 采用挂滴法对正常重力下处于亚/超临界压力环境中的不同碳氢燃料液滴蒸发与燃烧现象做了详细的试验研究.采用嵌入液滴内部的热电偶和高速相机分别记录液滴温度变化和液滴发展图像.结果表明:在亚临界压力环境下,液滴燃烧过程具有平衡蒸发阶段,符合准定常假设,但在超临界压力环境下,液滴燃烧过程不再出现平衡蒸发阶段,准定常假设已不成立;液滴燃烧持续时间在亚临界状态下随着压力的增加而迅速减小,此时相平衡控制液滴燃烧速率的大小,但在超临界状态下,液滴与环境气体之间的界面变得模糊不清,燃烧持续时间随着环境压力的增加不再继续减小,而是趋于一稳定值,此时液滴已不存在相变过程,扩散系数开始影响燃烧速率;燃烧持续时间变化趋势在临界压力处的转变反映出临界压力点是判断液滴是否进入超临界燃烧的重要依据,液滴燃烧过程中液滴完全蒸发所占的时间比重在亚临界压力环境下变化不大,而在超临界压力环境下迅速减小,相对更早地完成液滴蒸发. 展开更多

关键词 碳氢燃料 液滴 亚/超临界环境 蒸发与燃烧

在线阅读 下载PDF 职称材料

超临界环境下燃料液滴蒸发过程的计算研究 被引量：18

3

作者 李云清 何鹏 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期55-61,共7页

建立了研究燃料液滴在超临界环境下蒸发的计算模型,并对液滴的蒸发过程进行了编程计算。模型基于气液两相的守恒方程,并详细考虑了液滴表面的气液相平衡。模型采用了Peng-Rob inson(PR)状态方程。计算结果表明:超临界压力下,液滴周围气... 建立了研究燃料液滴在超临界环境下蒸发的计算模型,并对液滴的蒸发过程进行了编程计算。模型基于气液两相的守恒方程,并详细考虑了液滴表面的气液相平衡。模型采用了Peng-Rob inson(PR)状态方程。计算结果表明:超临界压力下,液滴周围气体在液相中的溶解很明显。燃料液滴只有在强超临界环境中蒸发时,液滴表面才能发生由亚临界状态到超临界状态的迁移;而在弱超临界环境中蒸发时,液滴表面不会发生迁移。随着环境压力的升高,液滴寿命先是下降然后升高;而当环境温度升高时,液滴寿命不断下降。 展开更多

关键词 超临界环境 燃料液滴 蒸发

在线阅读 下载PDF 职称材料

超临界环境条件对碳氢燃料液滴蒸发特性的影响 被引量：8

4

作者 王宏楠 熊永华 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期172-177,共6页

利用开发的计算模型对壬烷液滴在氮气中的蒸发过程进行了数值计算,研究了超临界环境条件下环境压力、环境温度以及液滴初始温度对液滴蒸发特性的影响.结果表明:环境压力越高,在蒸发过程中液滴表面温度的升温速度越快;并在蒸发初期液滴... 利用开发的计算模型对壬烷液滴在氮气中的蒸发过程进行了数值计算,研究了超临界环境条件下环境压力、环境温度以及液滴初始温度对液滴蒸发特性的影响.结果表明:环境压力越高,在蒸发过程中液滴表面温度的升温速度越快;并在蒸发初期液滴直径的增大越显著,同时液滴表面发生迁移的时刻越早.环境温度越高液滴的蒸发寿命越短,液滴表面发生迁移的时刻越早,并且在蒸发初期液滴直径的增大越不明显.随着液滴初始温度的升高液滴的蒸发寿命和迁移时刻几乎均呈线性趋势逐渐减小,液滴初始温度的高低只会使液滴的蒸发过程整体上提前或延后. 展开更多

关键词 碳氢燃料 液滴 蒸发 超临界环境 数值模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

超临界环境下煤油和UDMH单滴燃烧现象 被引量：8

5

作者 张蒙正 徐胜利 《火箭推进》 CAS 2013年第5期1-6,22,共7页

采用重活塞实验系统,对煤油和UDMH在超临界环境下的蒸发和燃烧现象进行了初步研究,结果表明:无论液态或者凝胶燃料,在超临界环境下均存在蒸发现象。在空气超临界环境下,煤油和UDMH均产生自燃现象。自燃呈现多点着火现象,类似于"森... 采用重活塞实验系统,对煤油和UDMH在超临界环境下的蒸发和燃烧现象进行了初步研究,结果表明:无论液态或者凝胶燃料,在超临界环境下均存在蒸发现象。在空气超临界环境下,煤油和UDMH均产生自燃现象。自燃呈现多点着火现象,类似于"森林火灾"模式,且持续时间较长。燃烧大致可分为蒸发、点火、燃烧前期和燃烧后期4个阶段。 展开更多

关键词 超临界环境 重炮活塞驱动器 燃料液滴 燃烧

在线阅读 下载PDF 职称材料

汽油在超临界环境下的喷雾特性 被引量：3

6

作者 刘威 裴毅强 +3 位作者 秦静 任源 袁列杰 王志东 《内燃机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期10-15,共6页

利用超临界平台和定容燃烧弹系统,将低亚临界态(low sub-critical state,LS-CS)、亚临界态(sub-critical state,S-CS)和超临界态(super-critical state,Sup-CS)等不同状态的汽油,喷入到超临界环境(super-critical environment,Sup-CE)... 利用超临界平台和定容燃烧弹系统,将低亚临界态(low sub-critical state,LS-CS)、亚临界态(sub-critical state,S-CS)和超临界态(super-critical state,Sup-CS)等不同状态的汽油,喷入到超临界环境(super-critical environment,Sup-CE)。依托纹影系统,得到汽油在超临界环境中的喷雾特性,并与常温常压环境(ambient temperature and atmospheric pressure environment,AT&APE)汽油喷雾特性进行详细对比。研究结果表明:在超临界环境下,同一喷射时刻,随着喷油温度的升高,单孔喷油器的喷雾贯穿距先增加,后平稳下降,但在超临界态一直攀升;喷雾面积先上升,在亚临界态初段达到峰值后波动下降。5孔喷油器的喷雾贯穿距先平稳上升,后急速下降到低于初始值;喷雾面积先增加,在亚临界态缓慢下降,在超临界态初期达到峰值后下降。此外,在喷射条件相同时,超临界环境下和常温常压环境下的喷雾形态发展有明显区别,由于超临界环境下喷雾与环境的相互作用,塌缩现象及气泡微爆现象主导喷雾的发展,喷雾贯穿距和喷雾面积随时间的变化量远小于常温常压环境下的喷雾贯穿距和喷雾面积。 展开更多

关键词 超临界环境 定容燃烧弹 喷雾特性 汽油温度

在线阅读 下载PDF 职称材料

燃料在亚/超临界环境下的喷射现象学研究 被引量：5

7

作者 马志豪 贾义 +2 位作者 陈占耀 李亚楠 胡二江 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期127-133,共7页

为探究燃料在亚/超临界环境条件下喷射过程的差异,采用定容燃烧弹系统将亚临界状态的正己烷喷射到亚/超临界环境中,利用背光法记录喷射的全过程,研究亚/超临界环境下喷射形态的差异以及相关机理。结果表明:超临界环境下的喷射与亚临界... 为探究燃料在亚/超临界环境条件下喷射过程的差异,采用定容燃烧弹系统将亚临界状态的正己烷喷射到亚/超临界环境中,利用背光法记录喷射的全过程,研究亚/超临界环境下喷射形态的差异以及相关机理。结果表明:超临界环境下的喷射与亚临界环境下的喷射在形态学特征上存在较大差异,在超临界温度下,当喷射环境的压力由亚临界压力进入超临界压力时,相同喷射时刻的喷射锥角和喷射长度大幅增大,说明亚/超临界环境下喷射的气化机理存在差异,即亚临界环境下的喷射为传统的气化蒸发过程,而超临界环境下的喷射是靠跨越"伪沸腾"线,进行"类液体"向"类气体"转变的过程;超临界环境下相同喷射时刻的喷射锥角和喷射长度随着环境条件的变化波动较大,主要是燃料在临界点及"伪沸腾"线附近时热力学物性参数的剧烈变化导致。亚/超临界环境下的喷射现象学的研究表明,亚/超临界环境下喷射形态学的差异主要是喷射破碎及气化机理的差异导致,为进一步研究超临界环境下的喷射过程数值模拟提供了试验依据。 展开更多

关键词 超临界环境 定容燃烧弹 喷射 伪沸腾线

在线阅读 下载PDF 职称材料

亚/超临界环境下燃料的喷雾燃烧特性研究 被引量：1

8

作者 马志豪 李亚楠 +2 位作者 杜维新 尹振龙 胡二江 《内燃机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期18-26,共9页

采用高温高压定容燃烧弹系统对亚/超临界环境下燃料在纯氧中的喷射燃烧现象进行试验研究,通过高速相机和阴影法进行燃烧图像信息的采集,研究在相同的超临界温度下,正己烷和乙醚两种燃料喷射燃烧火焰特性随环境压力和喷油脉宽的改变而呈... 采用高温高压定容燃烧弹系统对亚/超临界环境下燃料在纯氧中的喷射燃烧现象进行试验研究,通过高速相机和阴影法进行燃烧图像信息的采集,研究在相同的超临界温度下,正己烷和乙醚两种燃料喷射燃烧火焰特性随环境压力和喷油脉宽的改变而呈现的差异性。试验结果表明:在亚临界压力下,两种燃料在不同喷油脉宽下的燃烧时间均随着环境压力的升高而升高,火焰发展后期基本保持较为稳定的形态和亮度,符合传统的喷射燃烧过程。正己烷在临界压力点下火焰长度最短,形态较为规则;超临界压力下,火焰形态有稳定趋势但仍有轻微波动,且火焰长度略短于亚临界;喷油脉宽改变时,燃烧时间在临界压力附近呈现出不同的趋势。乙醚的燃烧时间随压力的升高而增大,在临界压力处达到最大值,后随着压力的继续升高而下降,不同压力条件下火焰形态略有差别。燃烧现象存在差异性主要是由于亚/超临界坏境下燃料的物性参数和破碎蒸发机理不同。 展开更多

关键词 亚/超临界环境 燃烧特性 喷射火焰

在线阅读 下载PDF 职称材料

超临界环境两组分煤油替代物液滴的蒸发特性 被引量：2

9

作者 吴海龙 聂万胜 +1 位作者 郑直 刘瑜 《导弹与航天运载技术》 CSCD 北大核心 2019年第1期54-58,共5页

为研究超临界环境下煤油液滴的蒸发特性,以质量分数为80%正癸烷和20%1,2,4-三甲基苯作为煤油替代物,利用全瞬态液滴蒸发模型进行仿真研究,只有环境压力和环境温度大于2～3倍组分的临界压力和临界温度时,液滴表面才能达到临界点。仿真结... 为研究超临界环境下煤油液滴的蒸发特性,以质量分数为80%正癸烷和20%1,2,4-三甲基苯作为煤油替代物,利用全瞬态液滴蒸发模型进行仿真研究,只有环境压力和环境温度大于2～3倍组分的临界压力和临界温度时,液滴表面才能达到临界点。仿真结果表明:环境压力越高,蒸发速率和液滴表面温度的升温速率越大;相比于环境压力,环境温度的增大能极大地加快蒸发速率和液滴表面的升温速率,且当环境压力和环境温度较高时,两者对液滴在蒸发过程中所能达到的最大温度影响不大。 展开更多

关键词 超临界环境 煤油替代物 液滴 蒸发 数值仿真

在线阅读 下载PDF 职称材料

超临界环境下煤油替代物液滴燃烧特性数值研究 被引量：1

10

作者 吴海龙 聂万胜 +1 位作者 郑直 何博 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2537-2545,共9页

为研究液氧/煤油火箭发动机燃烧室内经喷注形成的煤油液滴的燃烧过程,基于实际气体状态方程、高压热物性修正、高压气液平衡和详细化学反应动力学,建立一维的全瞬态液滴燃烧模型,对超临界环境下两组分煤油替代物液滴的燃烧特性及液滴初... 为研究液氧/煤油火箭发动机燃烧室内经喷注形成的煤油液滴的燃烧过程,基于实际气体状态方程、高压热物性修正、高压气液平衡和详细化学反应动力学,建立一维的全瞬态液滴燃烧模型,对超临界环境下两组分煤油替代物液滴的燃烧特性及液滴初始直径的影响进行仿真研究。结果表明,在超临界环境下,相比于煤油液滴纯蒸发过程,煤油液滴燃烧过程的迁移时刻大大提前;煤油液滴着火之后很快进入超临界燃烧阶段,此时液滴燃烧过程可以看成中心附近的燃料高浓度区与外侧氧气高浓度区之间的扩散燃烧过程;煤油液滴的火焰半径先增大,达到最大值之后开始减小,并减小为零,火焰温度在着火之后快速上升至最大值,并基本保持不变,在火焰半径减小为零之后开始降低;随着液滴初始直径的增大,火焰特性以及液滴中心参数变化曲线趋势不变、整体延迟,着火时间、迁移时间和液滴寿命增大。 展开更多

关键词 煤油替代物 液滴 超临界环境 燃烧特性 数值仿真

在线阅读 下载PDF 职称材料

30CrMo抽油杆在超临界CO_2环境中的腐蚀行为 被引量：2

11

作者 刘晓旭 姜增所 王亚辉 《材料保护》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期56-58,71,共4页

目前,对抽油杆材料在超临界CO2环境中的腐蚀研究报道较少。为此,利用高温高压反应釜,开展了30Cr Mo抽油杆材料在超临界CO2环境中的腐蚀模拟试验。通过失重法测量了30Cr Mo在不同CO2压力、温度和含水率条件下的平均腐蚀速率;利用扫描电镜... 目前,对抽油杆材料在超临界CO2环境中的腐蚀研究报道较少。为此,利用高温高压反应釜,开展了30Cr Mo抽油杆材料在超临界CO2环境中的腐蚀模拟试验。通过失重法测量了30Cr Mo在不同CO2压力、温度和含水率条件下的平均腐蚀速率;利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对比分析了腐蚀产物膜的形态和组成。结果表明:在超临界CO2试验条件下,30Cr Mo腐蚀严重,试样表面出现点蚀或台地腐蚀。随着CO2压力增大,30Cr Mo平均腐蚀速率减小。30Cr Mo腐蚀产物膜随着CO2压力增大更加致密。随着温度升高,30Cr Mo平均腐蚀速率先增大后减小,平均腐蚀速率在80℃达到3.456 mm/a的峰值。当含水率从30%提高到60%时,30Cr Mo平均腐蚀速率从0.083 mm/a迅速增大到1.230 mm/a。研究结果可为油田CO2驱开发过程中抽油杆的使用与腐蚀控制提供支持。 展开更多

关键词 30CrMo抽油杆材料 超临界CO2环境 腐蚀速率 腐蚀产物膜

在线阅读 下载PDF 职称材料

高压环境下燃料液滴蒸发与燃烧特性

12

作者 李智博 刘伊滨 董桢 《内燃机与配件》 2024年第20期24-26,共3页

介绍了燃料液滴实验技术现状、高压环境下液滴蒸发与燃烧试验设备现状以及高压环境下液滴蒸发与燃烧特性。单滴燃料的研究是掌握喷雾燃烧机理和计算模型的基础,而高压环境以及超临界环境中燃料液滴蒸发与燃烧特性更是燃烧学领域长期以... 介绍了燃料液滴实验技术现状、高压环境下液滴蒸发与燃烧试验设备现状以及高压环境下液滴蒸发与燃烧特性。单滴燃料的研究是掌握喷雾燃烧机理和计算模型的基础,而高压环境以及超临界环境中燃料液滴蒸发与燃烧特性更是燃烧学领域长期以来备受关注的重要研究内容。液体燃料以亚临界初始温度喷射雾化进入燃烧室,雾化形成的燃料液滴在高于其临界压力和临界温度的环境下经历蒸发、与空气混合、着火和燃烧过程,在此持续期内,液滴从亚临界温度迅速加热升温并有可能发生由亚临界状态至超临界状态的迁移,由于超临界状态下流体的密度、粘度、表面张力、蒸发潜热、传热系数以及溶解度等所有流体的物性会发生急剧变化,使得高压超临界环境下燃料液滴的蒸发与燃烧现象相对于低压环境会发生明显的变化。 展开更多

关键词 液滴 蒸发与燃烧 高压环境 超临界环境

在线阅读 下载PDF 职称材料

高温高压环境下正己烷喷射燃烧的现象学 被引量：2

13

作者 马志豪 贾义 +2 位作者 李亚楠 陈占耀 胡二江 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期314-320,共7页

基于定容燃烧弹研究了亚临界状态的正己烷喷射到近临界点的亚/超临界环境时的喷射燃烧过程,并利用高速摄像机和光学测试系统采集图像信息,探究相同超临界温度、不同亚/超临界压力下正己烷喷射燃烧过程的差异.结果表明:亚临界环境压力下... 基于定容燃烧弹研究了亚临界状态的正己烷喷射到近临界点的亚/超临界环境时的喷射燃烧过程,并利用高速摄像机和光学测试系统采集图像信息,探究相同超临界温度、不同亚/超临界压力下正己烷喷射燃烧过程的差异.结果表明:亚临界环境压力下,随着环境压力的增加,喷射正己烷的滞燃期呈先减小后增大的趋势,在临界压力处出现峰值,而进入超临界环境压力后,又呈现出减小的趋势.燃烧着火始点的位置随着环境压力的增加逐渐靠近油嘴,但在临界点附近,着火点位置沿喷射轴线方向离油嘴的距离呈先增大后减小的趋势.超临界环境下的喷射火焰相比于亚临界环境下的喷射火焰拥有较大的火焰锥角,这是由亚/超临界环境下燃油喷射、汽化及燃烧过程的差异所致. 展开更多

关键词 亚/超临界环境 喷射燃烧 滞燃期 火焰

在线阅读 下载PDF 职称材料

CCUS井封隔器胶筒耐二氧化碳腐蚀性能评价 被引量：1

14

作者 王邃 宋少华 +3 位作者 陈森 张立义 陈治军 李彦鹏 《新疆石油天然气》 CAS 2024年第4期50-59,共10页

封隔器作为CCUS驱油作业的重要工具,其胶筒的可靠性直接影响封隔器性能,为探索其在临界CO_(2)环境中的耐腐蚀性能,分别研究了丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、氟橡胶(FKM)在模拟超临界CO_(2)环境中的耐腐蚀性和力学性能。高温高压... 封隔器作为CCUS驱油作业的重要工具,其胶筒的可靠性直接影响封隔器性能,为探索其在临界CO_(2)环境中的耐腐蚀性能,分别研究了丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、氟橡胶(FKM)在模拟超临界CO_(2)环境中的耐腐蚀性和力学性能。高温高压腐蚀实验结果显示,实验后NBR胶筒质量增加最大(6.81%),HNBR胶筒质量增加最小(2.48%);NBR胶筒外径增幅最大(4.21%),HNBR胶筒外径增幅最小(2.65%);FKM材料拉伸强度降低幅度最大(66.85%),HNBR材料拉伸强度降低幅度最小(37.78%)。研究结果表明,环境温度和服役时间的增加可加快CO_(2)等腐蚀介质进入橡胶内部的速率,从而加剧橡胶交联网络的破坏,使其力学性能下降。氢化丁腈橡胶因内部不饱和双键等弱键的数量少于丁腈橡胶、键能高于氟橡胶的N-O键,其耐CO_(2)腐蚀能力要优于氟橡胶和丁腈橡胶,在超临界CO_(2)环境中性能相对稳定。因此宜选用氢化丁腈橡胶作为CO_(2)驱注入井封隔器的密封材料。 展开更多

关键词 CO_(2)驱油 封隔器胶筒 超临界CO_(2)环境 服役时间 耐CO_(2)腐蚀 CCUS

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于OpenFOAM的真实流体模型库及均相求解器开发

15

作者 李鹏飞 雷凡培 周立新 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1773-1784,共12页

为了正确认识高压环境下的流体非理想性特征,及其对于低温射流喷雾过程的影响作用,将多种不同真实流体模型写入到开源CFD程序OpenFOAM仿真平台中,编译形成具有广泛通用性的真实流体热物理模型库;并将高压下真实流体特征的影响引入到压... 为了正确认识高压环境下的流体非理想性特征,及其对于低温射流喷雾过程的影响作用,将多种不同真实流体模型写入到开源CFD程序OpenFOAM仿真平台中,编译形成具有广泛通用性的真实流体热物理模型库;并将高压下真实流体特征的影响引入到压力修正算法中;开发出适用于描述超临界环境下低温流体流动过程的均相求解器。对高压下流体热物理性质的非理想性,以及超临界环境下的低温液氮射流喷注过程进行研究。结果表明:高压下的真实流体效应主要体现在低温区域,本文所建立的模型库可以在任意热力学状态范围内正确预测流体热物性;基于此模型库所开发的均相求解器可正确预测超临界环境下低温射流的详细流动特征和结构,而理想气体模型则会大幅低估射流核心区密度分布,中心线上误差高达68.9%;综合考虑计算精度和效率,PR EoS及相关模型更适合于这类超临界流动问题的求解;低温射流跨临界喷注中局部区域所发生的虚假沸腾现象会导致射流温升速率降低、体积膨胀速率加快;射流核心区压缩因子明显<1,在数值仿真时必须考虑高压环境下的真实流体效应。 展开更多

关键词 真实流体 热物理性质 超临界环境 低温射流 流动特性 均相求解器

在线阅读 下载PDF 职称材料