內燃波轉子激波與火焰相互作用和耦合機制研究

《內燃波轉子激波與火焰相互作用和耦合機制研究》是依託南京航空航天大學，由李建中擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：內燃波轉子激波與火焰相互作用和耦合機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李建中
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

內燃波轉子是高速旋轉（≮2000rpm）的新型燃燒系統，轉子記憶體在激波、壓縮波、膨脹波及接觸間斷等複雜波系，其中激波的產生實現了轉子內混氣的預壓縮，點火燃燒過程類似於緩燃向爆震轉捩，爆震燃燒實現了轉子內高效等容燃燒熱力循環，內燃波轉子的預壓縮和高效等容燃燒涉及激波形成和傳播、初始火焰形成和發展、激波與火焰相互作用和耦合機制等空氣動力學和燃燒學交叉的基礎科學問題，因此，開展內燃波轉子激波與火焰相互作用和耦合機制研究，將在軍事、工業災害防治、交通和安全等諸多領域具有重要科學意義和套用前景，屬於學科前沿研究。本項目針對內燃波轉子高速旋轉特殊環境下激波形成和激波誘使火焰失穩等科學問題，開展內燃波轉子激波和初始火焰的形成和傳播、激波與火焰相互作用和耦合動態過程研究，摸清激波形成和傳播規律、初始火焰形成過程、火焰結構特徵和發展規律，揭示激波與火焰相互作用動態過程，獲得激波和火焰相互作用規律和耦合機制。

結題摘要

內燃波轉子是波轉子預增壓和高熱力循環熱效率燃燒等技術集合成一體的新型燃燒系統，將內燃波轉子嵌入燃氣渦輪發動機替代熱力循環中的等壓燃燒模式，能夠顯著增加發動機熱力循環熱效率，跨越式提升發動機性能。本項目針對內燃波轉子燃燒室激波形成和激波誘使火焰失穩等科學問題，簡化了適應於內燃波轉子燃燒過程的乙烯詳細反應機理，建立了兩套內燃波轉子試驗系統，探討內燃波轉子充填速度、熱射流特性、轉速、油氣參數等因素對激波形成和傳播規律、初始火焰形成過程、火焰結構特徵和發展規律的影響規律，所取的重要結果歸納如下： （1）建立了基於內燃波轉子某型渦軸發動機熱力循環計算模型，發動機輸出軸功率和總效率提高了19.88%，燃油消耗率降低了16.58%，熵增降低了6.52%，驗證了內燃波轉子具有大幅度提高發動機性能的潛力。 （2）完成了波轉子、密封盤、進氣段、燃料噴注及射流點火器等部件設計，獲得了熱射流點火器的點熄火、射流流場與溫度場等特性，揭示了轉/靜子間泄露影響內燃波轉子燃燒性能變化規律，提出了脹圈密封方案。 （3）建立了進排氣連線埠旋轉的單通道多循環內燃波轉子試驗系統，研究了內燃波轉子激波和初始火焰的形成和傳播、激波與火焰相互作用和耦合動態過程，摸清了激波形成和傳播規律、初始火焰形成過程、火焰結構特徵和發展規律，揭示了激波與火焰相互作用動態過程，獲得了進氣速度、進排氣連線埠轉速、混氣當量比等參數影響內燃波轉子燃燒增壓和火焰傳播特性。 （4）針對內燃波轉子強化燃燒問題，設計了三種擾流片，獲得了擾流片堵塞比影響內燃波轉子增壓和火焰傳播特性，峰值壓力可達1.2MPa，火焰傳播速度可達55m/s。 （5）建立了旋轉雙通道內燃波轉子試驗系統，旋轉條件下（1500rpm）雙通道內燃波轉子能夠穩定工作，實現了壓力增益，揭示了離心力場對燃燒過程的影響。 項目執行期中，申請國家發明專利11項，已授權7項，發表學術論文11篇，其中SCI檢索3篇，EI檢索6篇，國際會議論文1篇；培養博士研究生2名、碩士研究生5名。