铝/水两相自点火实验和理论研究

摘要

针对铝/水冲压发动机水蒸气氛围金属燃料点火燃烧机理不明、基础燃烧实验数据缺乏等问题，基于可视化高压激波管实验平台开展了铝/水两相自点火实验和理论研究，从发光强度及火焰图像、自点火温度和点火延迟3种角度表征了铝粉的温度效应、压力效应和尺度效应，揭示了铝/水和铝/氧点火机理的差异性，构建了铝/水自点火温度预示模型。实验结果表明：铝/水点火模式为小粒径颗粒优先着火，再引燃大粒径铝颗粒着火；临界自点火温度与铝颗粒粒径呈现反向依赖关系；点火延迟时间与温度关系符合Arrhenius关系式，颗粒越大，点火延迟的温度敏感性越高；纳米级铝粉点火延迟呈现较强的压力依赖行为，高压下火焰区域更为集中，铝粉颗粒之间竞争氧化剂更加剧烈；铝粉点火延迟的尺度效应明显，1 500 K下50.0μm粒径铝粉点火延迟时间约为100 nm粒径铝粉的30倍。研究结果表明，铝/水自点火特性优于铝/氧，所构建的铝/水模型对微米颗粒自点火温度的预测值与文献实验值偏差较小。该研究的基础燃烧数据和点火机制理论分析可为铝/水冲压发动机的燃烧组织优化及燃烧室结构设计提供理论依据，为铝/水点火机理和模型的发展提供研究思路。

关键词

铝/水冲压发动机 / 激波管 / 点火延迟 / 点火温度

基金资助

国家自然科学基金“叶企孙”联合基金重点资助项目(U2141203)