应用探析|高速摄像搭配纹影仪在航空煤油模拟燃烧中的应用

1.背景介绍

 为了深入了解航空煤油的燃烧特性，提高航空煤油的性能对飞机发动机至关重要。然而，航空煤油的组成非常复杂，很难建立真正的燃料动力学模型模拟所有组分的燃烧反应。针对这种情况，研究人员使用替代燃料（已知比例和成分）的方法来模拟真实燃料的燃烧特性及建立机理模型。RP-3作为在中国被广泛使用的航空煤油，被很多学者进行模拟研究。

2.研究内容

为了探究RP-3的燃烧特性，四川大学黄林远研究团队，采用模拟组分的手段，探究其燃烧特性，优化指标。

图1 实验系统示意图

研究团队将燃料与空气混合，在燃烧室采用电极电火花点火，采用千眼狼高速摄像机（X213）搭配纹影仪组成高速成像系统，以20,000fps速率同步记录火焰传播形态。通过控制变量的方式，不同压力，温度等条件下，测试燃烧特性。高速成像系统可以清晰的记录燃料在燃烧室每个时刻的图像，通过图像计算出燃烧半径，从而判定燃烧速度等指标。效果图如下：

图2 压力一定（2bar）温度不同情况下燃烧室火焰高速纹影图像

图3 温度一定（443K）压力不同情况下燃烧室火焰高速纹影图像

3.研究结论

（1）开发了一种新的RP-3煤油替代燃料以及详细的组分配比。燃烧实验比较了代用燃料和RP-3煤油在不同条件下的燃烧速度等特性；

（2）随着初始温度或初始压力的升高，RP-3替代燃料的燃烧速度显著增加。燃烧速度在当量附近出现峰值比率为1.1；此外实验数据和模拟燃烧速度通过了KSRM模型；

（3）火焰传播初期的半径与压力的增加不一致，这可能与过量点火能量和火焰厚度对膨胀火焰不稳定传播的影响有关；

（4）随着压力增加，RP-3煤油的Markstein长度显著降低。然而，在不同温度条件下，RP-3煤油的Markstein长度没有明显差异。此外，还发现RP-3煤油Markstein长度与其替代品的性能一致，但RP-3煤油和代用燃料之间的Markstein长度在富含燃料的一侧变得突出。

4.行业应用总结

 高速摄像机与纹影仪搭配组成观测系统被广泛用于观测气流的边界层、燃烧、激波、气体内的冷热对流以及风洞或水洞流场。该系统协助研究者将不太直观的实验现象更直观的被观测和更清晰的被记录，为研究者提供了整体的解决方案。（此文源自四川大学研究团队）

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.125844 Received 4 July 2022; 

论文发表于《Fuel》期刊，影响因子8.035

官方网址

www.gaosuxiangji.com

全国服务电话

4008-591-866

官方新浪微博

千眼狼高速摄像机