基于可视化的航空煤油燃烧特性分析

摘要

航空煤油不但密度适宜、热值高、燃烧性能好，而且其低温流动性好，适合在特种车辆在寒冷低温区域和军用大型无人机、侦察机在高空飞行使用；热安定性和抗氧化安定性好，便于存储和运输；洁净度高，航空煤油中没有机械杂质和水分，含硫量少，对燃烧室、进排气系统等机件的腐蚀小，所以近些年来各国学者对将其应用到活塞式发动机上比较重视，用来解决以军事上大型无人机、侦察机以及特种车辆对作战装备统一燃料的难题和高原寒冷地区车辆发动机冷启动困难等问题。 本文基于可视化试验台，通过改变环境温度、喷油压力、背压、氧气浓度等条件，在定容燃烧弹中进行RP-3航空煤油的燃烧实验，通过对RP-3航空煤油火焰发展历程、滞燃期、火焰面积、火焰浮起长度和发光总强度等参数进行分析，来研究RP-3航空煤油在不同工况下的燃烧特性。 本文对在不同工况下利用自然发光法所拍摄的照片进行分析，结果表明：环境温度越高，滞燃期越短，火焰浮起长度越短，燃料燃烧时越趋向于扩散燃烧，相对着碳烟生产较多；随着喷油压力的升高，燃油雾化较好，滞燃期减小；而在喷油压力增加到120MPa和160MPa时，RP-3航空煤油的火焰面积和发光总强度都有所增加；随着背压的升高，滞燃期变短，初始火核形成处火焰浮起长度减小，火焰面积和发光总强度都有一定程度的增加；在环境气体氧气浓度较低时，燃料滞燃期有所增加，形成稳定火核处的火焰浮起长度越大，火焰浮起长度越大，燃料燃烧时混合效果越好，碳烟生产就越少，其传热和辐射所损失的热量就越少；不同工况下，RP-3航空煤油的滞燃期均大于0#柴油。其中喷油压力对滞燃期的影响最小；油束着火位置位于喷油孔下方，但具体位置有一定的随机性，形成稳定火核之后，火焰会发生一定回传，然后在向着油束运动方向发展；形成稳定火核处的火焰位置与滞燃期关系密切，滞燃期越大，其初始火核形成时火焰浮起长度越大；相同工况下，RP-3航空煤油燃烧时的火焰浮起长度大于0#柴油的；RP-3航空煤油火焰面积呈单峰分布，在不同工况下，达到峰值的时间约在2.5ms左右，但峰值相差较大；环境温度对火焰面积影响较大，随着温度的升高，RP-3航空煤油火焰的火焰面积逐步超过0#柴油；RP-3航空煤油燃烧时发光总强度呈单峰分布，先增加后减小，但峰值小于0#柴油。

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