激波管中煤油点火延时的测量.pdf

第十一届全国激波与激波管学术会议 激波管中煤油点火延时的测量 王 苏 范秉诚何宇中崔季平 中科院力学所高温气体动力学重点实验室北京100080 摘要：在预加热激波管上采用缝合运行技术，获得了接近7ms的实验时间。得到了完整的点火过程引起的压 实验获得了点火延时时间与温度、煤油浓度、氧气浓度的依赖关系。 1．引言 在超燃冲压发动机中，燃烧室高速流动状态导致燃料的驻留时间变短，在燃烧室中实现 碳氢燃料的自点火与稳定高效燃烧成为超声速燃烧中极其重要的研究问题，而燃料的点火延 时特性是其中的关键因素之一。从工程应用上看，以燃料点火延时为特征时间与发动机内流 动时间之比，是判定发动机点火与持焰稳定等性能的关键参数，燃料点火延时特性研究是冲 压发动机设计，评价与探寻好的点火促进剂效率的重要依据。精确的点火延时测定还是燃烧 化学动力学建模的依据以及用以检验所用模型优劣的重要判据之一。 碳氢燃料点火延时实验通常在激波管中进行。与低碳数碳氢燃料不同，煤油点火延时实 验的主要困难是煤油在激波管管壁的吸附作用，导致气相中煤油成分确定的困难。因为煤油 主要是高碳数碳氢化合物的混合物，在室温下的饱和蒸气压很低。确定煤油气相组分的另一 个困难是煤油不是单一的纯化合物，而是多种高碳数碳氢化合物的混合物，碳数分布从9到 12。由于不同碳数碳氢化合物的管壁吸附程度不同，导致气相成分不同于液相成分。这些困 难是本次实验要重点解决的，主要运用了气相色谱方法定量地观测管壁吸附的程度，并用于 确定液态煤油的气相组分。 2．缝合运行条件 实验在中科院力学所高温气体动力学开放研究实验室(LHD)的单脉冲化学激波管上进行。 该激波管内经44mm，高、低压段分别长2m和1．8m。在工程的温度、压力条件下，5区的实验 观测时间仅为约ims。为达到满足工程预期要求的5区实验观测时间大于5ms，本实验采用缝 合运行状态来延长实验时间。所谓缝合运行即是调整高压室起始气体之成份，使入射激波后2 区气体声速a，与原高压室气体经等熵膨胀进 入低压室均匀流部分3区声速a，满足对应与反 射激波强度所要求的无反射波条件。具体措施 是采用N：和He的混合气代替纯He作为驱动气 体，调节混合气的组分，降低3区声速达到与2．m 区声速满足缝合条件。同时降低3区声速可减 小在激波管高压段端部反射的稀疏波传播速 度，也有利于增加5区实验观测时间。 在本实验激波管上采用缝合运行条件，可 以获得长达7ms的5区实验观测时间，图l为 典型的实验记录。 图l缝合运行条件下5区压力的变化 254 3．煤油在激波管管壁的吸附效应 由于室温下液态高碳数碳氢燃料的饱和蒸气压很小，激波管金属管壁对高碳数碳氢燃料 吸附作用将严重影响燃料气相组分的确定。 因此，本实验成功的关键之一是要考虑实验 中燃料蒸气被激波管管壁吸附的效应，应正 确确定气相中初始燃料蒸气的浓度。本实验 所用的单脉冲化学激波管具有外加热系统， 管壁可预加热到70℃，使激波管的起始状态 就保持在升温的条件下，即可以提高煤油的 饱和蒸汽压，也在很大程度上减轻了管壁吸 附的效应。但进一步提高预加热温度由于受 到测量传感器工作条件的限制而没有采用。 减轻管壁吸附效应的另一手段是对激波管