高温高压环境下RP-3航空煤油单液滴的加热与蒸发特性研究

作     者：印晶 梁勇 张龙飞 薛书勤 刘兵 周致富 Yin Jing;Liang Yong;Zhang Longfei;Xue Shuqin;Liu Bing;Zhou Zhifu

作者机构：西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049 西安航天动力测控技术研究所陕西西安710025 

基　　金：国家自然科学基金(52176163) 航空科学基金(2019ZB070002) 

出 版 物：《航空科学技术》 (Aeronautical Science & Technology)

年 卷 期：2024年第35卷第3期

页      码：55-69页

摘      要：RP-3航空煤油是当前国内最常用的商用喷气燃料,煤油液滴在航空发动机燃烧室中的蒸发直接影响燃料的雾化效果、空燃混合气的形成和燃烧质量。本文以单个RP-3航空煤油液滴为研究对象,选取正十二烷、2,5-二甲基己烷、甲苯作为替代燃料,提出了一个考虑自然对流效应的高温高压环境下多组分液滴蒸发模型。利用自主搭建的试验装置得到了环境压力为1MPa、环境温度为473~673K下RP-3煤油单液滴在蒸发过程中的液滴直径变化。模型预测结果与试验结果的对比验证了模型的准确性。通过模型预测了不同环境参数下三组分替代物液滴直径、内部温度分布、各组分质量分数分布和液滴寿命等参数的瞬态变化,定量分析了不同高温条件下环境压力对单液滴蒸发特性的影响。结果表明,液相内部的传热传质会影响多组分液滴的蒸发速率,且液相扩散阻力造成了液相内部组分质量分数与温度空间分布的不均匀性。环境压力对RP-3煤油液滴蒸发寿命的影响随环境温度的变化而变化。当环境温度低于正十二烷的临界温度(658.25K)时,液滴寿命与环境压力的关系不是单调的,液滴寿命随环境压力的增加先增后减;而当环境温度超过658.25K时,液滴寿命随环境压力的升高而单调减小。这是因为在高温高压环境中,环境压力的升高能显著增大自然对流传热传质强度,而自然对流超过一定强度时,能明显促进液滴蒸发。上述研究有利于认识液滴内部组分扩散过程,从源头上为未来高性能低污染发动机的优化设计提供依据与参考。

主 题 词：单液滴蒸发 航空发动机 自然对流 RP-3航空煤油 三组分替代 

学科分类：08[工学] 0825[工学-环境科学与工程类] 

D　O　I：10.19452/j.issn1007-5453.2024.03.007

馆 藏 号：203126738...