检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：徐灿南京理工大学

学位级别：硕士

旋转爆震发动机(Rotating Detonation Engine,简称RDE)是一种基于爆震的新型推进装置,具有放热快、热循环效率高、结构简单的特点,成为近年研究热点。本文在气相非预混RDE中进行实验,并结合数值模拟,对RDE中火焰与压力波的传播特性进行... 详细信息

旋转爆震发动机(Rotating Detonation Engine,简称RDE)是一种基于爆震的新型推进装置,具有放热快、热循环效率高、结构简单的特点,成为近年研究热点。本文在气相非预混RDE中进行实验,并结合数值模拟,对RDE中火焰与压力波的传播特性进行研究。实验中,通过改变反应物当量比、质量流率、燃烧室长度、燃烧室环缝宽度、尾喷管构型及氧化剂喷注面积等因素,并通过开展长程实验,得到了不稳定工作模态和稳定工作模态,结合离子信号、压力信号和高速摄影图片,对不同工作模态下的火焰与压力波进行分析。数值模拟中,采用了 4种不同构型的尾喷管,分析了不同质量流率下,RDE的内流场结构和工作特性。结果表明:点火阶段,外壁面和内壁面火焰发展快于中间火焰,在随后的双波对撞过程中,火焰与压力波先解耦再稱合。熄火阶段,离子信号峰值、压力峰值及压力波的传播速度逐渐降低,火焰与压力波耦合传播一段时间后解耦熄火。轴向脉冲爆震模态下,压力波沿轴向做高频周期性运动,向RDE出口传播时,压力波强度逐渐衰减,向燃烧室入口传播时,压力波强度先衰减,在入口附近增强。燃烧室长度增加后,轴向脉冲爆震的频率有所降低。在当量比较小,且燃烧室长度较大的条件下,出现了声学耦合现象。燃烧室环缝宽度和氧化剂喷注面积对爆震波传播特性有较大影响。当燃烧室环缝宽度不变时,随着氧化剂喷注面积的减小,依次得到稳定传播的单波、同向双波和四波对撞模态,爆震波速度、压力峰值和离子信号峰值按此顺序逐渐降低。RDE稳定工作时,火焰与压力波耦合。单双波交替和爆震波转向过程中,都存在压力波、火焰的对撞,且转变过程中的压力峰值和离子信号峰值较小。随着发动机工作时间的延长,爆震波波前爆震产物有所增多,而爆震波速度有所下降,并最终趋于稳定。爆震波波前混合物中存在部分爆震产物是造成爆震波速度亏损的原因之一。当燃烧室出口不加喷管和加扩张喷管时,随质量流率增加,爆震波高度先增后减,爆震波速度和燃烧室出口平均马赫数逐渐增大,且质量流率越大,爆震波速度越接近理论C-J速度。当燃烧室出口加收敛喷管和Laval喷管时,随质量流率增加,爆震波高度逐渐减小,爆震波速度先升后降,而燃烧室出口平均马赫数基本没有变化。相比于不加喷管和加扩张喷管,加收敛喷管和Laval喷管后,爆震波压力、温度和燃烧室出口平均总压有所增大,而爆震波高度和波速有所减小。

关键词：旋转爆震发动机火焰压力波传播模态速度亏损

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煤油裂解气旋转爆轰传播特性研究

煤油裂解气旋转爆轰传播特性研究

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作者：吴敏宣南京理工大学

学位级别：硕士

在连续旋转爆轰发动机的工程研究中,由于常温煤油燃料在环形燃烧室内雾化和掺混效果差,点火起爆困难,通常在推进剂中掺氢、掺氧或加热空气等方式来降低煤油起爆难度。将煤油裂解为易爆小分子气体也可降低其起爆难度。本文以煤油裂解气/... 详细信息

在连续旋转爆轰发动机的工程研究中,由于常温煤油燃料在环形燃烧室内雾化和掺混效果差,点火起爆困难,通常在推进剂中掺氢、掺氧或加热空气等方式来降低煤油起爆难度。将煤油裂解为易爆小分子气体也可降低其起爆难度。本文以煤油裂解气/空气作为旋转爆轰发动机的燃料和氧化剂,采用数值模拟和实验研究相结合的方式,对煤油裂解气旋转爆轰传播特性展开研究,主要内容如下: （1）预混煤油裂解气旋转爆轰传播特性数值模拟研究。以C2H4/CH4/H2混合气替代煤油裂解气作为燃料,空气为氧化剂,利用基于Open FOAM的求解器rho Reacting Central Foam开展数值模拟研究。研究了进气压力、当量比、混合气组分比例和推进剂进气方式对旋转爆轰波传播特性的影响。结果表明:在不同计算条件下旋转爆轰波呈现四种传播模态:单波模态、双波对撞模态、单/双波混合模态以及三波模态。双波对撞时,爆轰波稳定传播,爆轰波波头高度保持一致;在三波模态中,旋转爆轰波的传播方向发生改变。爆轰波模态转变需要两个条件:一是产生新的激波;二是激波前有足够的新鲜预混可燃气。全面进气和间隔进气的旋转爆轰波传播速度均随当量比的增加呈现先上升后下降的趋势。（2）非预混煤油裂解气旋转爆轰传播特性数值模拟研究。分析当量比和喷注结构对煤油裂解气旋转爆轰波传播模态的影响,研究空气集气腔内激波与燃烧室内爆轰波相互作用过程。结果表明,非预混条件下爆轰波的传播速度在1450 m/s-1650 m/s之间,与理论C-J速度相比,爆轰波的速度亏损为16%-17%;相比之下,预混煤油裂解气旋转爆轰波的速度亏损为2.5%。喷注结构宽度较小时,燃料和氧化剂掺混效果较好,燃烧室内容易出现多波传播模态。受燃烧室内爆轰波压力反传的影响,集气腔内存在与燃烧室内传播速度基本保持一致的激波。（3）煤油裂解气/常温空气旋转爆轰实验研究。将煤油与氧气在燃气发生器内进行裂解,生成煤油裂解气,实验研究当量比对煤油裂解气旋转爆轰波传播特性的影响。结果表明,燃烧室内爆轰波呈现出三种传播模态,爆轰波起爆失败的原因主要是煤油裂解气的质量流量过高或过低。旋转爆轰波在传播不稳定时会发生传播方向改变,双波对撞的位置也会不断改变。实验中,当煤油裂解气的质量流量为56.7 g/s,空气质量流量为965.8 g/s时,爆轰波的平均传播速度为1077 m/s;而在数值模拟中,相近燃料和氧化剂的质量流量时爆轰波的传播速度为1509 m/s,造成差异的主要原因是煤油裂解气在燃烧室内掺混不均。

关键词：连续旋转爆轰煤油裂解气传播模态喷注结构爆轰反压非预混

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燃烧室宽度对乙烯-空气连续旋转爆震的影响研究

燃烧室宽度对乙烯-空气连续旋转爆震的影响研究

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作者：樊伟杰国防科技大学

学位级别：硕士

连续旋转爆震发动机(CRDE)的热循环效率高、放热速率快并且结构紧凑,在高超声速推进领域拥有广阔的应用前景。为加快推进CRDE的工程应用,碳氢燃料的连续旋转爆震成为当前的研究热点。本文通过数值模拟和实验研究的手段开展了乙烯-空气... 详细信息

连续旋转爆震发动机(CRDE)的热循环效率高、放热速率快并且结构紧凑,在高超声速推进领域拥有广阔的应用前景。为加快推进CRDE的工程应用,碳氢燃料的连续旋转爆震成为当前的研究热点。本文通过数值模拟和实验研究的手段开展了乙烯-空气连续旋转爆震的研究。开展了二维预混喷注条件下乙烯-空气连续旋转爆震的数值模拟,分别研究了喷孔间距和倾斜角、预混气质量流量和当量比对爆震波传播特性和积气腔压力稳定性的影响。结果表明,喷孔间距对爆震波传播速度的影响很小,随着喷孔间距的增大,爆震波传播过程的稳定性下降,爆震波对积气腔的压力扰动降低。喷孔倾斜角对爆震波的传播速度具有显著影响。随着喷孔倾斜角由-60°逐渐增加到60°,爆震波的平均传播速度单调递增。此外,倾斜喷注还能有效抑制爆震波后高压气体对积气腔的压力扰动。随着预混气质量流量的增加,爆震波的平均传播速度和积气腔的平均压力都显著提高,爆震波的传播过程和积气腔的压力状态都更加稳定。随着预混气当量比的提高,爆震波的传播速度显著提高,传播模态转变为同向双波模态。开展了三维预混喷注条件下乙烯-空气连续旋转爆震的数值模拟,详细介绍了爆震波的传播过程,分析了燃烧室宽度对爆震波传播特性的影响。结果表明,在宽度较小的燃烧室内,震波的传播模态发生多次转变,其传播过程极不稳定。随着燃烧室宽度的增大,爆震波以同向双波模态稳定传播。同时发现,随着燃烧室宽度的增大,爆震波的传播速度和推力的稳定性显著提高而发动机的推力明显降低。采用三维数值模拟分析了燃烧室宽度对冷流混合效率的影响。结果发现,适当增加燃烧室宽度有利于增强推进剂的混合效果,提高混合效率。最后,通过实验研究了燃烧室宽度对爆震波传播特性的影响。结果表明,随着燃烧室宽度的增大,爆震波的传播模态由不稳定的双波对撞模态逐渐过渡为稳定的单波模态,爆震波的传播速度和传播稳定性都显著提高。

关键词：连续旋转爆震乙烯-空气燃烧室宽度传播模态光学观测

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凝胶燃料雾化及旋转爆震燃烧特性研究

凝胶燃料雾化及旋转爆震燃烧特性研究

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作者：汪勇南京理工大学

学位级别：硕士

凝胶推进剂不仅继承了液体推进剂比冲高、多次启动和推力可调等特性,还具备了固体推进剂不易泄露、长期贮存和使用维护方便等优点。爆震燃烧近似于等容燃烧,热循环效率高、能量释放快,可实现自增压。将煤油凝胶燃料应用到连续旋转爆震... 详细信息

凝胶推进剂不仅继承了液体推进剂比冲高、多次启动和推力可调等特性,还具备了固体推进剂不易泄露、长期贮存和使用维护方便等优点。爆震燃烧近似于等容燃烧,热循环效率高、能量释放快,可实现自增压。将煤油凝胶燃料应用到连续旋转爆震发动机(Rotating detonation engine,RDE),对加深凝胶燃料旋转爆震机理的认识和拓展旋转爆震推进技术的应用范围具有重要意义。本文通过数值仿真研究了煤油凝胶射流在高速横向气流中的雾化掺混过程。揭示了射流破碎过程主要涉及两种破碎形式:由R-T不稳定性主导产生的柱状破碎和由K-H不稳定性主导产生的表面破碎。两种形式同时存在,相辅相成,互相影响。随着液气动量比的增大,凝胶射流偏转角和展向扩展角逐渐减小,而穿透深度逐渐增大。本文制备了有机航空煤油凝胶,设计了一套可视化实验装置,研究了煤油凝胶在高速横向气流中的雾化掺混过程。实验结果表明:喷注初期,燃料分布呈现区域化,煤油凝胶的雾化和掺混效果较差,约0.9s过后雾化流场中的液滴分布均匀性提高。此外,在一定范围内,增加燃料当量比有利于提高煤油凝胶的雾化掺混效果,且流场中液滴的分布均匀性也明显提高。本文还通过实验实现了煤油凝胶—空气两相旋转爆震波的建立和稳定传播,研究了煤油凝胶两相RDE的工作过程,分析了影响旋转爆震波建立和稳定传播的因素。实验结果表明,提高空气流量更有利于组织旋转爆震燃烧,进而在一定程度上提高起爆成功率。同时,提高空气流量,燃烧室的稳压均值、平均峰值压力和平均波速均有大幅提升。在当量比0.411～1.468范围内开展了一系列实验,并在当量比0.95附近得到了稳定传播的旋转爆震波,均为单波爆震模态,爆震波最大传播频率2494Hz,平均波速1544m/s。随着当量比的增大,旋转爆震燃烧室稳压均值、平均峰值压力和平均波速先逐渐增大后逐渐降低,并在当量比为0.940处达到最大值。相对于当量比的影响,空气总温的增加对提高起爆成功率的影响有限,但能在一定程度上提高燃烧室压力。改变旋转爆震发动机的燃烧室宽度(17～100mm),发动机工作模态依次为爆燃、快速爆燃、单波爆震以及零星爆震,宽度为70mm时获得了稳定的单波爆震模态。

关键词：旋转爆震发动机煤油凝胶 VOF-to-DPM 雾化掺混燃烧特性传播模态

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盘式连续旋转爆震发动机工作特性研究

盘式连续旋转爆震发动机工作特性研究

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作者：宣佳林北华航天工业学院

学位级别：硕士

随着航空航天事业迅猛发展,基于等压燃烧方式的传统推进装置的性能已接近提升极限,发展高性能的推进系统成为各国科研人员的研究重点。由于爆震燃烧单位时间放热强度大,熵增低,基于其构建的热力学循环比传统布雷顿循环方式提高了近50%... 详细信息

随着航空航天事业迅猛发展,基于等压燃烧方式的传统推进装置的性能已接近提升极限,发展高性能的推进系统成为各国科研人员的研究重点。由于爆震燃烧单位时间放热强度大,熵增低,基于其构建的热力学循环比传统布雷顿循环方式提高了近50%。因此,近年来基于爆震燃烧的推进装置成为了重点研究对象。本课题以北华航天工业学院与清华大学联合申报获批的河北省重点专项为依托,设计了一种盘式连续旋转爆震发动机,并以数值模拟与试验研究相结合的方法对该发动机的工作特性进行了研究。主要内容如下:首先,本文分析了推进剂从中心向外流动模式的盘式旋转爆震发动机结构特点及设计难点,总结概括了盘式旋转爆震发动机的设计方法,完成了盘式连续旋转爆震发动机的整体结构设计。借助有限元技术分析了两种氢气喷注方向的流量情况,还分析了发动机中心杆的应力和应变,有效保障了发动机流场的稳定性和结构设计的可行性。在此基础上还完成了发动机的供气系统、数据采集系统、支架系统以及点火系统的设计,搭建了发动机试验测试平台,为后续的试验研究奠定了基础。其次,针对设计的盘式旋转爆震发动机研究了进气环缝宽度对发动机工作特性的影响规律。即开展了以富氧空气为氧化剂,不同氧化剂进气环缝宽度和不同工况条件下的实验研究,获得了旋转爆震燃烧室内不同位置的高频压力数据。通过对试验获得的数据后处理,得到了实验中旋转爆震波的传播速度、工作频率和压力峰值等参数,采用时域分析和频域分析相结合方法分析了爆震波的传播模态,总结了爆震波传播规律。最后,针对研制的盘式旋转爆震发动机,研究了不同燃烧室宽度对旋转爆震发动机工作特性的影响规律。即开展了以空气为氧化剂,不同燃烧室宽度和不同工况条件下的实验研究,获得了燃烧室内不同位置的高频压力数据。通过数据后处理,得到了实验中燃烧波的工作频率和压力峰值等参数,并将振荡燃烧的频率与固有声学频率进行匹配,总结了不同工况条件下对应的振荡燃烧模态。

关键词：盘式旋转爆震发动机传播模态进气环缝宽度燃烧室宽度声学模态

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乐甫波传播特性与液体介电常数传感研究

乐甫波传播特性与液体介电常数传感研究

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作者：张小宁南京航空航天大学

学位级别：硕士

声波传感器是适应微传感器和微机电系统发展趋势的一种新型传感器,主要包括声表面波传感器、兰姆波传感器、乐甫波传感器等。其中,乐甫波传感器由于最适于液体特征参数检测而受到了广泛关注。与声表面波器件和兰姆波器件相比,乐甫波器... 详细信息

声波传感器是适应微传感器和微机电系统发展趋势的一种新型传感器,主要包括声表面波传感器、兰姆波传感器、乐甫波传感器等。其中,乐甫波传感器由于最适于液体特征参数检测而受到了广泛关注。与声表面波器件和兰姆波器件相比,乐甫波器件的结构较为复杂,因此它作为研究热点的同时也是声波传感领域的研究难点。首先,本论文阐述了液体介电常数等特征参数检测的重要意义及当前的常用检测方法;介绍了三种声波器件的结构、原理和应用特点,并通过比较分析表明了乐甫波器件用于液体特征参数检测的优越性;在综述国内外乐甫波研究现状的基础上,本论文以乐甫波传播特性与液体介电常数等特征参数传感特性研究为核心,包括理论建模、数值仿真和实验测试。在乐甫波传播特性的研究中,论文从压电介质的耦合波方程和声场分量的表达式着手,根据层状介质的声波传播理论,采用部分波理论和表面有效介电常数方法,建立了包括常规乐甫波、弧矢乐甫波和广义乐甫波的三种乐甫波模式理论模型。结合乐甫波器件的实际制作条件,以“PZT-5H压电陶瓷/二氧化钛非压电薄膜”和“钽酸锂压电单晶/SU-8光刻胶薄膜”为例,仿真分析了乐甫波的传播特性,包括能量泄漏、传播模态、频散特性、机电耦合系数等,并总结得出了一些有意义的结论。在乐甫波液体特征参数检测的研究中,论文从液体的波动特性入手,建立了“压电材料-非压电薄膜-液体”三层结构的乐甫波理论模型,并研究了负载液体的乐甫波能量泄漏、激发效率等。基于上述模型,详细研究了乐甫波的液体介电常数传感特性,根据灵敏度和机电耦合系数深入分析了相应的乐甫波器件优化设计,同时也探讨了乐甫波的液体机械参数传感特性。最后,根据理论建模和数值仿真中得出的研究结论,结合乐甫波器件的实际制作条件,设计制作了两组乐甫波器件,并通过网络分析仪进行了实验测试。实验结果验证了本文乐甫波传播特性与液体介电常数传感特性的正确性,表明了乐甫波器件应用于液体介电常数检测的有效性。

关键词：乐甫波传播特性液体介电常数表面有效介电常数方法传播模态机电耦合系数

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旋转爆震燃烧室出口流动与引射特性研究

旋转爆震燃烧室出口流动与引射特性研究

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作者：闫畅南京航空航天大学

学位级别：硕士

利用旋转爆震燃烧室代替传统航空发动机主燃烧室是提升发动机总体性能的一条技术途径,前提是旋转爆震燃烧室与涡轮具有良好的匹配关系,而旋转爆震燃烧室的非定常流动与增压特性给两者匹配带来了新的技术难点,这就需要充分掌握旋转爆震... 详细信息

利用旋转爆震燃烧室代替传统航空发动机主燃烧室是提升发动机总体性能的一条技术途径,前提是旋转爆震燃烧室与涡轮具有良好的匹配关系,而旋转爆震燃烧室的非定常流动与增压特性给两者匹配带来了新的技术难点,这就需要充分掌握旋转爆震燃烧室出口流动特性与引射掺混特性。本文主要利用数值模拟的方法研究了推进剂质量流量、当量比及燃烧室尾喷管构型对燃烧室出口压力、温度以及速度等流动特性的影响,并在不同尾喷管条件下,分析了引射掺混及射流掺混流场的特点;同时利用实验的方法对旋转爆震燃烧室的非稳态压力特性进行了研究,分析了燃烧室压力在时间维度上的分布特点。首先,利用二维多孔喷注模型和三维旋转爆震燃烧室模型研究了推进剂质量流量、当量比及尾喷管构型对燃烧室出口压力、温度以及速度等流动特性的影响。研究发现,在二维多孔喷注模型下,推进剂质量流率及当量比对爆震波的传播模态有很大的影响,旋转爆震燃烧室内出现了单波、双波以及三波等多种传播模态。不同传播模态下随着质量流率的增加,相对标准偏差(CV)从0.736减小至0.542,克里斯琴森均匀系数(CU)从0.048增加至0.393,温度分布系数(OTDF)从0.58降至0.275,燃烧室出口压力、温度均匀性均提升;而相同传播模态下随着质量流率的增加,相对标准偏差从0.653增大至0.656,克里斯琴森均匀系数从0.416减少至0.22,温度分布系数从0.35降至0.356,燃烧室出口压力和温度分布均匀性下降。与质量流率不同,随着当量比的增大,燃烧室出口压力和温度均匀性均先变好后变差,当量比为1时,燃烧室出口温度场均匀性最好。另外,发现安装喷管后,喷管出口面积越大,燃烧室出口压力和温度均匀性越差;减小喷管出口面积,有利于提升燃烧室出口压力和温度分布均匀性,但喷管内壁收缩角越大,喷管出口面积小到一定程度时,燃烧室内的爆震波会解耦熄爆。其次,在研究喷管对燃烧室出口参数影响的基础上,对不同喷管和射流掺混压力下的流场特性进行了分析。研究发现,在引射掺混流场中,等直和渐缩喷管出口均马赫数较高,超声速的爆震产物会堵塞引射入口,并造成回流。对渐扩喷管而言,喷管出口马赫数变化较小,堵塞作用较弱。随轴向距离的增加,喷管后各截面平均总压和平均总温均呈现逐渐减小的趋势,且引射管内的平均马赫数均大于1。在同轴射流掺混流场中,随着掺混压力的增大,掺混气流对喷管出口的高温爆震产物约束作用越大,掺混气量越多,引射管出口的平均温度和平均压力越小。不同掺混压力下引射管内的平均总压沿轴向逐渐降低,且掺混压力越大,平均总温越小,射流对喷管出口核心流约束作用越大,引射管内平均马赫数在轴向上的变化幅度越小。之后,开展了不同喷管构型下的旋转爆震燃烧室压力特性实验。实验中乙炔喷注压力为0.15 MPa,空气喷注压力约为0.14 MPa,发现当喷管内壁收缩角为10°时,旋转爆震燃烧室无法正常起爆,其余四种工况下燃烧室内均存在爆震波。无喷管条件时燃烧室内爆震波主频为1.12 k Hz,该频谱与单波模态的典型频谱特性相吻合;其余四种喷管条件下,燃烧室内主频均在1300 Hz左右,仅为C-J参数的47.3%;喷管内壁收缩角为5°时,喷管出口总压与静压的脉动最大。综上,本文采用数值模拟与实验结合的研究方法,开展了旋转爆震燃烧室出口流动和引射特性研究,得到了不同条件下燃烧室出口压力、温度及速度的分布规律以及引射掺混的流场特性,为旋转爆震燃烧室与涡轮的组合研究提供了参考。

关键词：旋转爆震流动特性传播模态喷管类型引射掺混非稳态特性

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以全向量虛軸有限元素波束傳遞法分析五角形和正方形銀奈米波導之模態特性

以全向量虛軸有限元素波束傳遞法分析五角形和正方形銀奈米波導之...

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作者：許新茂臺灣大學

学位级别：碩士

本篇论文中，我们以曲线混合型元素为基底的全向量有限元素虚轴波束传递法来分析两种不同表面电浆波导上的模态特性，此两种分别为正方形银奈米柱波导和五角形银奈米柱波导，并各自镶嵌在SiO2介质里面以及放在SiO2介质上面。在操作波长... 详细信息

本篇论文中，我们以曲线混合型元素为基底的全向量有限元素虚轴波束传递法来分析两种不同表面电浆波导上的模态特性，此两种分别为正方形银奈米柱波导和五角形银奈米柱波导，并各自镶嵌在SiO2介质里面以及放在SiO2介质上面。在操作波长500到2000奈米的范围下，我们计算了等效折射率、传播长度和模态场型。一开始我们先探讨五角形银奈米柱波导的特性，当镶嵌在SiO2介质里面时，主要场型会集中在尖角处；而放在SiO2基板上则会发现传播模态和泄漏模态的主要场型会各自集中在不同的介面。最後我们利用正方形银奈米柱来研究耦合现象，假如在单轴正方形银奈米柱上发现一个模态，那麽在双轴正方形银奈米柱上就会发现因为耦合效应而产生的不同两个模态。

关键词：有限元素虛軸波束傳遞法表面電漿五角形銀奈米柱正方形銀奈米柱傳播模態洩漏模態

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氢气占比对煤油-空气旋转爆轰波传播特性影响研究

氢气占比对煤油-空气旋转爆轰波传播特性影响研究

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作者：吴明亮南京理工大学

学位级别：硕士

爆轰燃烧具有热力循环效率高、释能密度高、热释放速率快的特点,而旋转爆轰发动机(Rotating Detonation Engine,RDE)是一种基于爆轰燃烧的新型发动机,通过在环形燃烧室内形成一个或多个沿周向自持传播的旋转爆轰波产生推力。而在以常温... 详细信息

爆轰燃烧具有热力循环效率高、释能密度高、热释放速率快的特点,而旋转爆轰发动机(Rotating Detonation Engine,RDE)是一种基于爆轰燃烧的新型发动机,通过在环形燃烧室内形成一个或多个沿周向自持传播的旋转爆轰波产生推力。而在以常温煤油和空气为工质的RDE研究中,如果煤油液滴经过雾化后直径过大或与空气掺混特性较差,将会导致解耦并熄爆。在燃料中加入氢气这样活性较高的气态燃料能够大大增加成功起爆的几率,提高爆轰波传播稳定性。因此,本文采用数值模拟和实验研究等方法,对氢气-煤油-空气连续旋转爆轰发动机传播特性开展了研究工作,主要工作有以下几点:开展了氢气-煤油-空气连续旋转爆轰发动机的内流场二维数值模拟研究,分析了质量流量和氢气占比对旋转爆轰波传播特性以及模态的影响,探究了气-液两相爆轰中的气液不均匀现象。计算结果表明,在成功起爆工况下,爆轰波有3种传播模态,即单波模态、双波对撞转单波模态和双波对撞转双波模态,提高质量流量或氢气占比有利于爆轰波由单波模态向双波模态转换;初始点火起爆形成的正向爆轰和反向激波对撞并透射,透射激波在缓燃区附近诱导产生局部热点并形成新的爆轰波,经过一系列对撞、透射湮灭和增强过程,最终形成稳定的单波或双波模态;当爆轰波稳定后,旋转爆轰波稳定传播时内流场可以分为缓燃区1、富燃区2、富氧区3和填充区4共4个区域。开展了不同喷注结构对氢气-煤油-空气RDE影响数值模拟研究,对不同进气喷孔构型和不同氢气占比下旋转爆轰发动机传播特性进行了研究,分析了不同喷孔结构和燃烧室之间的相互影响。结果表明:当燃料中氢气占比提高到29.8%时,当喷孔出口截面积较小时旋转爆轰波在燃烧室内以同向双波模态传播;爆轰波与反射激波会压缩喷孔出口气流,从而影响喷孔进气过程。进气喷孔中气流流动状态可分为受爆轰波影响产生回流、受爆轰波影响不产生回流和不受爆轰波影响三种状态。开展了氢气燃料和氢气-煤油混合燃料RDE实验研究,分析了两种不同燃料的RDE点火起爆和旋转爆轰波自持传播过程,探究了不同当量比和氢气占比下的旋转爆轰波的自持传播特性,最后对发动机的性能进行了分析。结果表明,从给出点火信号到PCB采集到压力信号需要几十毫秒的时间。氢气-煤油-空气RDE初始爆轰波进入燃烧室后逐渐减弱最终解耦,燃烧室内爆轰波重复了几次熄爆与再起爆过程后最终形成稳定自持传播的旋转爆轰波;在氢气-空气RDE中,当量比降低到0.56时燃烧室内爆轰与爆燃并存;在氢气-煤油-空气RDE中爆轰波速度亏损更高,当燃料中氢气占比较低时爆轰与爆燃在燃烧室内并存,当燃料中氢气占比较高时旋转爆轰波频率会在某一时刻突然增大。

关键词：氢气-煤油-空气旋转爆轰发动机数值模拟传播模态喷注结构实验研究

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当量比对圆盘结构下旋转爆震波传播的影响

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气体物理 2020年第1期5卷 24-33页

作者：夏镇娟马虎葛高杨卓长飞周长省南京理工大学机械工程学院

为研究反应物当量比对旋转爆震波传播过程的影响,在圆盘形旋转爆震发动机上进行H2/air的旋转爆震实验研究,并统计分析了当量比对爆震波传播模态及参数的影响规律.实验结果表明,固定质量流率,同一种传播模态下,随着当量比的增大,爆震波... 详细信息

为研究反应物当量比对旋转爆震波传播过程的影响,在圆盘形旋转爆震发动机上进行H2/air的旋转爆震实验研究,并统计分析了当量比对爆震波传播模态及参数的影响规律.实验结果表明,固定质量流率,同一种传播模态下,随着当量比的增大,爆震波的压力峰值及传播速度增大,且旋转爆震波的传播过程更加稳定.不同质量流率条件下,当量比对传播模态的影响规律不同.空气质量流率小于100g/s时,旋转爆震波皆以单波模态传播.空气质量流率大于150 g/s时,随着当量比的增大,旋转爆震波的传播模态由单波模态向双波模态转变,再转变为不对称双波模态,最后又回到单波模态.并且在不对称双波模态中发现了低频振荡现象,振荡频率约为300 Hz.质量流率继续增大,燃烧室中发现了同向三波传播模态.随着质量流率的增加,双波模态的当量比下限降低,不对称双波模态的当量比上限增大,而双波与不对称双波模态的分界线受质量流率的影响较小.

关键词：旋转爆震波当量比传播模态爆震波参数圆盘结构

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