航空发动机高温钛铝合金起燃温度的计算模型研究

摘要

起燃温度是衡量高温钛铝合金（TiAl合金）阻燃性能的关键参数之一，然而目前准确计算TiAl合金的起燃温度仍然是一个挑战。本工作基于Frank-Kamenetskii和库仑摩擦模型，建立TiAl合金的临界起燃温度计算模型，并分析流速、摩擦接触压力和氧分压对TiAl合金临界起燃温度的影响。结果表明，当流速从140 m/s增大到340 m/s时，临界起燃温度从1699.0 K逐渐增大到1751.6 K。当摩擦接触压力从1.0 MPa增大到3.9 MPa时，临界起燃温度保持在1710.2 K，但合金发生燃烧所需的临界环境温度从1363.0 K线性降低到537.5 K。当氧分压从21.3 kPa增大到96.3 kPa时，临界起燃温度从1719.7 K降低到1665.8 K。在气流温度298 K、气流进气量为4.1 g/s的条件下，利用有限体积方法计算得到燃烧舱内试片近表面的最高流速为155.1 m/s，对应的发生起燃所需的临界氧分压的计算值与实验值分别为93.8 kPa和88.2 kPa，相对误差为6.3%。

关键词

TiAl合金 / 起燃温度 / 摩擦法 / 数值计算 / 钛火

基金资助

国家自然科学基金“叶企孙”科学基金（U2141222）; 国家科技重大专项（J2019-Ⅷ-0003-0165）; 中国航发自主创新专项（CXPT-2022-034）