留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

空气/酒精单喷嘴燃气发生器试验研究

赵芳 任泽斌 李先锋 郭隆德 陶瑜 史煜 罗智锋

赵芳, 任泽斌, 李先锋, 等. 空气/酒精单喷嘴燃气发生器试验研究[J]. 实验流体力学, 2020, 34(1): 72-78. doi: 10.11729/syltlx20180186
引用本文: 赵芳, 任泽斌, 李先锋, 等. 空气/酒精单喷嘴燃气发生器试验研究[J]. 实验流体力学, 2020, 34(1): 72-78. doi: 10.11729/syltlx20180186
ZHAO Fang, REN Zebin, LI Xianfeng, et al. Experimental study of air/ethanol mono-injector gas generator[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2020, 34(1): 72-78. doi: 10.11729/syltlx20180186
Citation: ZHAO Fang, REN Zebin, LI Xianfeng, et al. Experimental study of air/ethanol mono-injector gas generator[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2020, 34(1): 72-78. doi: 10.11729/syltlx20180186

空气/酒精单喷嘴燃气发生器试验研究

doi: 10.11729/syltlx20180186
基金项目: 

国家高技术研究发展计划 2013AA8061009

详细信息
    作者简介:

    赵芳(1988-), 男, 湖南衡阳人, 硕士, 工程师。研究方向:燃气发生器试验, 风洞气动设计与试验。通信地址:四川省绵阳市涪城区二环路南段6号12信箱01分信箱(621000)。E-mail:zfcardc@163.com

    通讯作者:

    任泽斌, E-mail:1968683223@qq.com

  • 中图分类号: V231.2;TK223.2

Experimental study of air/ethanol mono-injector gas generator

  • 摘要: 针对引射系统的安全性、经济性及小型化要求,提出了一种基于航空发动机燃烧室结构的双油路燃气发生器方案,并设计、加工了单喷嘴试验件,进行了多工况下的热试车。试验结果表明,燃气发生器设计方案可行,采用高能火花塞直接点火方式可实现燃气发生器可靠点火;燃气发生器点火迅速,主要工作参数基本满足设计指标;能在较宽的流量范围内稳定工作,余气系数下限达到3.9;燃气发生器燃烧效率较高,但随着余气系数的增加而明显降低。
  • 图  1  基于高温燃气引射器工作原理图

    Figure  1.  Schematic diagram of combustion-gas ejector system

    图  2  燃气发生器结构示意图

    Figure  2.  Structure diagram of gas generator

    图  3  喷嘴外轮廓示意图

    Figure  3.  Outside view of pressure-swirl atomizer

    图  4  旋流器结构示意图

    Figure  4.  Structure diagram of swirler

    图  5  火焰筒头部冷却结构

    Figure  5.  Schematic diagram of cooling structure of combustion liner head

    图  6  火焰筒壁面冷却结构

    Figure  6.  Schematic diagram of cooling structure of combustion liner wall

    图  7  温度排架安装示意图

    Figure  7.  Schematic diagram of temperature rake location

    图  8  燃气发生器设计工况工作压力曲线

    Figure  8.  Operation pressure curves of gas generator under design condition

    图  9  燃气发生器设计工况工作流量曲线

    Figure  9.  Operation mass flow-rate curves of gas generator under design condition

    图  10  设计工况燃气发生器出口温度曲线

    Figure  10.  Temperature distribution of gas generator outlet under design condition

    图  11  火焰筒壁面热电偶测点布局示意

    Figure  11.  Temperature measuring point distribution of combustion liner

    图  12  燃气发生器工况1工作压力曲线(余气系数α≈3.0)

    Figure  12.  Operation pressure curves of gas generator under No.1 condition (excess air coefficient α≈3.0)

    图  13  燃气发生器工况1发生器出口温度分布(余气系数α≈3.0)

    Figure  13.  Temperature distribution of gas generator outlet under No.1 condition (excess air coefficient α≈3.0)

    图  14  燃气发生器工况1直筒段出口温度分布(余气系数α≈3.0)

    Figure  14.  Temperature distribution of straight section outlet under No.1 condition (excess air coefficient α≈3.0)

    图  15  数值模拟对象

    Figure  15.  Numerical simulation object

    图  16  进出口分布温度对比

    Figure  16.  Comparison of inlet and outlet temperature distribution

    图  17  燃气发生器工况4工作压力曲线(未点燃)

    Figure  17.  Ignition failure pressure curves of gas generator (excess air coefficient≈4.1)

    表  1  燃气发生器设计参数

    Table  1.   Design parameters of gas generator

    设计参数 数值
    余气系数 3.0
    酒精流量/(kg·s-1) 0.92
    燃烧室压力(无量纲) 4.0
    空气流量/(kg·s-1) 25
    燃气总温/K 1100
    下载: 导出CSV

    表  2  贫油点火试验工况

    Table  2.   Operating conditions of lean ignition

    No. ma/(kg·s-1) mj/(kg·s-1) α
    1 0.31 8.30 3.00
    2 0.28 8.30 3.30
    3 0.24 8.30 3.90
    4 0.22 8.30 4.10
    下载: 导出CSV

    表  3  不同余气系数条件下试验结果

    Table  3.   Experimental results for different excess air coefficients

    α 点火结果 备注
    3.0 1.35 成功 -
    3.3 1.28 成功 -
    3.9 1.90 成功 -
    4.1 0.70 失败 未点燃
    下载: 导出CSV

    表  4  燃气发生器各工况下的燃烧效率

    Table  4.   Combustion efficiency of gas generator

    工况 余气系数 燃烧效率
    设计工况(双油路) ~3.0 96.8%
    No.1 ~3.0 95.0%
    No.2 ~3.3 92.0%
    No.3 ~3.9 88.5%
    下载: 导出CSV
  • [1] FABRI J, PAULON J. Theory and experiments on super-sonic air-to-air ejectors[R]. NACA-TM-1410, 1958.
    [2] 徐万武, 邹建军, 王振国, 等.超声速环型引射器启动特性试验研究[J].火箭推进, 2005, 31(6): 7-11. doi: 10.3969/j.issn.1672-9374.2005.06.002

    XU W W, ZOU J J, WANG Z G, et al. Experimental investigation of the start performances of the supersonic annular ejector[J]. Journal of Rocket Propulsion, 2005, 31(6): 7-11. doi: 10.3969/j.issn.1672-9374.2005.06.002
    [3] 陈健, 王振国, 吴继平, 等.等截面超-超引射器流场结构及引射性能[J].强激光与粒子束, 2012, 24(6): 1301-1305. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qjgylzs201206009

    CHEN J, WANG Z G, WU J P, et al. Flow structure and performance of constant-area, supersonic-supersonic ejector[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2012, 24(6): 1301-1305. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qjgylzs201206009
    [4] CONNAUGHTON J C. Application of a hydrazine gas generator to vacuum ejector pumping of a chemical laser[R]. AIAA-77-0892.
    [5] 曹再勇, 蔡体敏, 谭永华.富氧燃气发生器三维燃烧流场的数值模拟[J].西北工业大学学报, 2005, 23(5): 557-561. doi: 10.3969/j.issn.1000-2758.2005.05.003

    CAO Z Y, CAI T M, TAN Y H. Furnishing some theoretical basis for design of oxygen-rich gas generator[J]. Journal of Northwestern Polytechnical University, 2005, 23(5): 557-561. doi: 10.3969/j.issn.1000-2758.2005.05.003
    [6] 马冬英, 卢钢, 张小平, 等.液氧/甲烷燃气发生器试验研究[J].火箭推进, 2013, 39(3): 21-26. doi: 10.3969/j.issn.1672-9374.2013.03.004

    MA D Y, LU G, ZHANG X P, et al. Research on hot tests of LOX/methane gas generator[J]. Journal of Rocket Propulsion, 2013, 39(3): 21-26. doi: 10.3969/j.issn.1672-9374.2013.03.004
    [7] 冯军红, 沈赤兵, 赵芳.液氧与气氧对空气加热器燃烧流场的影响分析[J].国防科技大学学报, 2012, 34(4): 43-48. doi: 10.3969/j.issn.1001-2486.2012.04.009

    FENG J H, SHEN C B, ZHAO F. Analysis of liquid and gaseous oxygen influence on the combustion flow field of air heater[J]. Journal of National University of Defense Technology, 2012, 34(4): 43-48. doi: 10.3969/j.issn.1001-2486.2012.04.009
    [8] 李茂, 高玉闪, 陈泽, 等.气氢/气氧富燃预燃室设计与试验[J].航空动力学报, 2011, 26(6): 1426-1430. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hkdlxb201106032

    LI M, GAO Y S, CHEN Z, et al. Design and experiment for a GH2/ GO2 fuel rich preburner[J]. Journal of Aerospace Power, 2011, 26(6): 1426-1430. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hkdlxb201106032
    [9] 俞南嘉, 蔡国飙, 张国舟, 等.富氧预燃室初步试验研究[J].宇航学报, 2006, 27(5): 834-838. doi: 10.3321/j.issn:1000-1328.2006.05.003

    YU N J, CAI G B, ZHANG G Z, et al. Initial experiment research of oxidizer rich preburner[J]. Journal of Astronautics, 2006, 27(5): 834-838. doi: 10.3321/j.issn:1000-1328.2006.05.003
    [10] 金平, 俞南嘉, 邬志岐, 等.氢氧全流量补燃循环发动机燃预燃室试验[J].推进技术, 2008, 29(3): 273-277. doi: 10.3321/j.issn:1001-4055.2008.03.004

    JIN P, YU N J, WU Z Q, et al. Experimental investigation of fuel rich preburner of hydrogen/oxygen FFSC cycle engine[J]. Journal of Propulsion Technology, 2008, 29(3): 273-277. doi: 10.3321/j.issn:1001-4055.2008.03.004
    [11] 李清廉, 李庆, 王振国.氧气/醇类燃气发生器启动过程试验研究[J].火箭推进, 2010, 36(1): 13-18. doi: 10.3969/j.issn.1672-9374.2010.01.003

    LI Q L, LI Q, WANG Z G. Experimental research of the start-up process of gaseous oxygen/ethanol gas generator[J]. Journal of Rocket Propulsion, 2010, 36(1): 13-18. doi: 10.3969/j.issn.1672-9374.2010.01.003
    [12] 张新桥, 李清廉, 康忠涛.空气/煤油/水燃气发生器点火特性试验[J].国防科技大学学报, 2013, 35(4): 35-40. doi: 10.3969/j.issn.1001-2486.2013.04.007

    ZHANG X Q, LI Q L, KANG Z T. Experimental researches on ignition characteristic of air /kerosene /water gas generator[J]. Journal of National University of Defense Technology, 2013, 35(4): 35-40. doi: 10.3969/j.issn.1001-2486.2013.04.007
    [13] 金盛宇, 许宏博, 吉林.空气/煤油燃气发生器技术研究[J].火箭推进, 2014, 40(3): 29-32. doi: 10.3969/j.issn.1672-9374.2014.03.005

    JIN S Y, XU H B, JI L. Technology research on air/jet fuel gas generator[J]. Journal of Rocket Propulsion, 2014, 40(3): 29-32. doi: 10.3969/j.issn.1672-9374.2014.03.005
    [14] 陈志强, 廖达雄, 刘宗政, 等.过氧化氢加酒精补燃气体发生器实验研究[J].强激光与粒子束, 2007, 19(9): 1409-1412. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qjgylzs200709001

    CHEN Z Q, LIAO D X, LIU Z Z, et al. Experimental studies of gas generator based on hydrogen peroxide and hypergolic ethanol[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2007, 19(9): 1409-1412. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qjgylzs200709001
    [15] 刘景华, 谭建国, 杨涛, 等.过氧化氢发动机中的低频振荡[J].国防科技大学学报, 2007, 29(5): 23-26. doi: 10.3969/j.issn.1001-2486.2007.05.006

    LIU J H, TAN J G, YANG T, et al. Research on low-frequency oscillation in hydrogen peroxide engine[J]. Journal of National University of Defense Technology, 2007, 29(5): 23-26. doi: 10.3969/j.issn.1001-2486.2007.05.006
    [16] 刘盛田, 胡兴伟, 柳琪, 等.一氧化二氮/乙醇燃气发生器试验研究[J].舰船科学与技术, 2008, 30(6): 223-226. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=jckxjs2008z2012

    LIU S T, HU X W, LIU Q, et al. The experimental studies of gas generator based on nitrous oxide and ethanol[J]. Ship Science and Tech-nology, 2008, 30(6): 223-226. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=jckxjs2008z2012
    [17] 廖达雄, 任泽斌, 余永生, 等.等压混合引射器设计与实验研究[J].强激光与粒子束, 2006, 18(5): 728-732. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qjgylzs200605007

    LIAO D X, REN Z B, YU Y S, et al. Design and experiment of constant pressure mixing ejector[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2006, 18(5): 728-732. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qjgylzs200605007
    [18] 廖达雄.气体引射器原理及设计[M].北京: 国防工业出版社, 2018.

    LIAO D X. Principle and design of gas ejector[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2018.
    [19] LEFEBVRE A H. Gas turbine combustion[M]. Washington: Hemisphere Publishing Corp, 1983.
    [20] MELLOR A M. Design of modern turbine combustors[M]. New York: Academic Press Inc, 1990.
  • 加载中
图(17) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  366
  • HTML全文浏览量:  197
  • PDF下载量:  7
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-26
  • 修回日期:  2019-09-10
  • 刊出日期:  2020-02-25

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要公告

    www.syltlx.com是《实验流体力学》期刊唯一官方网站,其他皆为仿冒。请注意识别。

    《实验流体力学》期刊不收取任何费用。如有组织或个人以我刊名义向作者、读者收取费用,皆为假冒。

    相关真实信息均印刷于《实验流体力学》纸刊。如有任何疑问,请先行致电编辑部咨询并确认,以避免损失。编辑部电话0816-2463376,2463374,2463373。

    请广大读者、作者相互转告,广为宣传!

    感谢大家对《实验流体力学》的支持与厚爱,欢迎继续关注我刊!


    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日