【高高原机场发动机点火燃烧室的计算分析与修正分析案例2700字】

-PAGE53-高高原机场发动机点火燃烧室的计算分析与修正分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u4119高高原机场发动机点火燃烧室的计算分析与修正分析案例 1209221.1前言 1284581.2高高原机场燃烧室仿真 1278351.3以海平面为基准的燃烧室仿真 3152561.4修正高高原机场燃烧室仿真 4237501.5结果分析 81.1前言燃烧室在燃烧时由于组分比较多样，生成物也难以确定。本文为了便于研究以C5H12作为燃料，设置了三种的启动初始条件分别为海平面条件燃烧、高高原机场燃烧和修正后的高高原机场燃烧。燃烧模式设置为非预混模型。对反应过程中的生成物如一氧化碳和二氧化碳含量进行分析。由于很难找到一个参数来精确定义发动机熄火问题，本文采用的是比较海平面正常启动的温度和高高原机场发动机燃烧室的温度。温度达不到预设值，就认定为发动机点火失败。同时还需要关注温度的变化情况，防止出现喘振和燃烧不充分等问题。1.2高高原机场燃烧室仿真本文以西藏灵芝机场为例分析高高原发动机燃烧室的启动问题。由前面章节分析，高高原机场大气压强较小，空气密度较低。在排除其他条件干扰的前提下，假设空气流速不变，单位时间内流进发动机的空气的量就会减小。燃油和空气的体积分数之比几乎可以认为不变，进气量和空气密度成正比。西藏灵芝机场空气密度约为0.914千克每立方米。林芝机场的海拔为2949，忽略高度每升高一千米，气温下降六度的影响[70]。根据第二章的计算公式可以计算出索特尔平均直径增加8.8%，受这两方面的影响索特尔平均直径增加48%。设定大气压为70582pa，大气温度为270K（取11月林芝的平均气温），最小燃烧直径为0.05。参数设定如图1.1所示。如图1.2所示为燃烧室温度分布图。图1.1高高原参数设定图1.2燃烧室温度分布图图1.2反应的是发动机燃烧室温度图像，可以明显观察到燃烧室内的温度分布不均匀，可以认为燃烧不充分。由于大气密度较低，燃烧不充分，出现启动故障。因此，上图表现出温度变化较快的特点。具体二维图如下图1.3所示。图1.3模拟高原机场点火图由图可知高高原压气机第九级静子进气温度约为400k。随着时间推移，燃烧室的温度逐渐上升。在不到十分之一的实验时间里达到最高温度约为2100k，之后温度逐渐降低，知道最后变为300k。1.3以海平面为基准的燃烧室仿真海平面的初始条件设定为大气压强为101325pa，索特尔直径为0.05毫米。其他的设定条件不变，如图1.4所示。图1.4海平面基准面仿真参数设定所得结果如图1.5所示。图中反应的是燃烧温度的变化情况，可以直观看到燃烧室内气体的燃烧情况。图1.5以海平面为基准的模型温度图线上图可以看出在反应发生时，中心温度较高，四周温度较低。燃烧室的内壁温度较低，某种程度上起到了保护燃烧室的作用。启动耗油量降低，启动效率提高。在此基础上可以修正高高原机场发动机的启动方式。1.4修正高高原机场燃烧室仿真根据第二章的分析，高高原机场大气密度小，燃烧室进气和平原地区相比降低，影响发动机燃烧室的正常工作。在供油压力不变的情况下，索特尔直径变大，燃烧室不容易点火成功。需要从燃油压力和增加进气两个方面修正高高原机场燃烧室点火问题。对于一般的民航客机，主要有两类启动方式。如果要启动发动机，需要外界提供能量并且提供气体，能量一般由辅助的能源装置提供、气体由APU供给[71]。一旦飞机上的APU出现了问题，就需要辅助动力车来提供能量并且需要外界提供高速气流。在航空发动机的侧对面一般配备有高速气体的提供装置，旁边配备有变压器主要作用为将高压交流电转化为可以供给飞机发动机的电压，燃烧室配备有两个火花塞用于启动点火[72]。启动过程如下:在上述步骤结束后，在飞机的驾驶舱打开点火装置，机上的主开关电门接收到信号之后，将信号传递给ECU，ECU可以打开和关闭燃油活门，在此过程中发动机燃烧所需要的气体来自于发动机，如果外界提供的空气压力较低时，点火可能失败[73]。当发动机启动不成功时，飞机的空调系统不能正常工作，高速气流通过引气装置导入到发动机启动器，带到发动机启动器转动，再由发动机的启动器通过机械的啮合带动N2转子的转动，转子速度不断加快，在航空发动机的转子转速达到16%的时候，ECU控制燃烧室的点火装置，触发当中的一个点火装置[74]。发动机转子的转速继续增加，达到22%的时候，发动机燃烧室的喷油装置开始工作，发动机燃烧室开始燃烧燃料，随着发动机转速持续的变大，在这个点火阶段ECU实时显示发动机的各类数据与正常值进行比较，一旦发现局部温度提上较快的情况，ECU就会停止启动过程，控制参数的稳定[75]。当飞机发动机转子转速继续提升时，一旦转速接近六成时，可以认为飞机发动机处于正常工作状态，这种转速一般称为速度较慢的启动[76]。因此，进气可以人工控制压力，从而具有足够的气体提供发动机燃烧[77]。图1.6发动机转速对最小点火能量的影响下表1.1为2020年11月份成都和林芝的进气口压力数据。由此可得发动机转速和出口气流压力是正相关的。转速越大，出口气流压力也越大。表1.1成都和林芝发动机转速和出口气流压力的关系N2%/RPMPS3/psiPS3/psi增加供油量也可以达到相同的效果，增加供油量也有两种方法。其一为增加供油压力如图1.2所示，如果压力过大也会对发动机点火不利容易形成富油现象甚至发动机会熄火。图1.7发动机供油增加量对最小点火能量的影响以西藏林芝机场为例分析上述图表，林芝机场海拔约为四千米。从表中数据可以看出：在四千米高度增加供油的性价比远小于增加发动机转速的效果。综合上述两种因素：提高转速和增加供油量。通过公式可以计算最小点火能量和燃油雾化的平均直径的数值如下表1.1所示为林芝机场的最小点火能量和燃油雾化平均直径的值。注意到当供油量增加12%，发动机转速增加20%时可以取得最佳的启动效果，最小点火能量减小了38%。表1.2供油量和转速对最小点火能量和转速的影响增加供油转速0%2%4%6%8%10%22%SMD1.551.481.441.391.361.33Emin7.565.845.161.403.993.6124%SMD1.461.421.391.351.311.28Emin5.491.851.403.863.373.0426%SMD1.391.361.311.281.251.23Emin1.403.993.373.042.732.5428%SMD1.341.291.251.211.191.17Emin3.733.152.732.362.192.0330%SMD1.281.251.241.181.141.11Emin3.042.732.632.111.801.5432%SMD1.241.201.161.111.051.01Emin2.632.271.951.601.251.0534%SMD1.191.131.091.041.000.94Emin2.191.731.471.191.000.8736%SMD1.141.101.071.010.960.91Emin1.801.541.361.050.830.65将上述结论应用于仿真计算中，经过等量替换设置修正后的工作参数将压强提高到85000pa，燃油温度290k，空气温度600k重新进行分析计算得到了图1.8的一氧化碳组分图。图1.8修正后的一氧化碳含量由于模型中的气体设定为碳氢化合物，由于提升了空气进气量刚开始燃烧产生的一氧化碳继续和氧气反应，生成二氧化碳。使得燃烧更加充分。燃烧室温度图如下图1.9所示图1.9修正后的燃烧室温度图图1.9的最高温度为2300k超过了高高原机场未修正时的最高温度。说明提高发动机转速30%的同时增加12%的供油量可以改善燃烧室的点火性能，使得发动机在高高原上能顺利启动。1