一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法技术

一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，测量补氧燃发器出口CO2、O2、NO、NO2、CO、UHC的组分，基于全成分法和焓值守恒法，获取补氧燃发器出口温度、补氧燃发器燃烧效率、补氧燃发器余气系数和油气比以及补氧燃发器发散指数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法
本专利技术属于航空航天测试
，涉及一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法。
技术介绍
在燃气涡轮发动机加力燃烧室或冲压燃烧室试验中，试验台的试验段进口需要模拟出真实的燃烧室进口条件，其主要体现在进口流场需要达到很高温度且温度场较为均匀。燃发器作为目前广泛使用的燃烧加热方式，结构简单，能够稳定组织燃烧，使用和维护简单，可以进行连续试验，能到达试验台性能要求。通过调节燃发器供油量控制出口燃气温度来调节空气温度，在出口处产生均匀气流，并模拟设定的燃烧室入口参数。补氧燃发器主要是指通过调节燃发器进口状态参数，使燃发器出口氧气含量达到一定浓度，且氧含量流场分布较为均匀。但目前从相关资料上了解到，补氧燃发器综合性能多采用气体取样法，获取燃发器出口气流中CO2和O2的含量，忽略燃烧产物中CO以及其他小分子碳氢化合物，并设定航空煤油的分子式为C12H24，根据化学反应方程式简单估算燃烧效率η。该方法无形中就少计算了蕴藏在CO和UHC中的潜热，不能准确的反映出燃发器在实际工况下的综合性能，会对燃发器的迭代设计和性能反馈增加一定的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，通过补氧燃发器出口UHC、NO、NO2、CO、CO2、O2组分的准确测量，基于全成分法和焓值守恒法，解决补氧燃发器出口氧含量的测量及氧含量流场分布、补氧燃发器出口温度计算、补氧燃发器燃烧效率计算、补氧燃发器余气系数和油气比计算以及补氧燃发器发散指数计算等问题。本专利技术的技术方案是：一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，测量补氧燃发器出口CO2、O2、NO、NO2、CO、UHC的组分，基于全成分法和焓值守恒法，获取补氧燃发器出口温度、补氧燃发器燃烧效率、补氧燃发器余气系数和油气比以及补氧燃发器发散指数。所述的一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，具体包括以下步骤：步骤1、构建补氧燃发器计算模型，补氧燃发器采用碳氢燃料燃烧，其分子式为CmHnOlNk；假设忽略燃气中的C；在补氧燃发器出口测量的CO2、O2、NO、NO2、CO、UHC6种组分，其余组分采用质量守恒方程和化学平衡方程导出；假设补氧燃发器燃烧过程散热损失小，认为整个燃烧系统为定压绝热燃烧系统；步骤2、构建补氧燃发器化学平衡方程；步骤3、补氧燃发器余气系数和油气比计算；步骤4、补氧燃发器发散指数计算；步骤5、补氧燃发器燃烧效率计算；步骤6、补氧燃发器出口温度计算。所述的一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，所述步骤2具体包括：以1mol燃料为计算基础，在补氧条件下，1mol燃料与空气、氧气在补氧燃发器中不完全燃烧反应的关系式为：CmHnOlNk+P0(AN2+BO2+CCO2+DAr+hH2O)+YO2→P1CO2+P2CO+P3H2O+P4N2+P5O2+P6CxHy+P7NO+P8NO2+P9Ar根据碳元素守恒关系式有：m+P0C＝P1+P2+xP6…………………………………………………(1)根据氢元素守恒关系式有：n+2hP0＝2P3+uP6…………………………………………………(2)根据氧元素守恒关系式有：(2B+2C+h)P0+l+2Y＝2P1+P2+P3+2P5+P7+2P8……………………(3)根据氮元素守恒关系式有：2AP0+k＝2P4+P7+P8………………………………………………(4)根据氩元素守恒关系式有：DP0＝P9……………………………………………………………(5)设Pg＝P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7+P8+P9………………………………(6)则：[CO2]＝P1/Pg………………………………………………………(7)[CO]＝P2/Pg………………………………………………………(8)[O2]＝P5/Pg………………………………………………………(9)[UHC]＝xP6/Pg……………………………………………………(10)[NO]＝P7/Pg………………………………………………………(11)[NO2]＝P8/Pg………………………………………………………(12)计算获得Pg、P0～P9、Y共12个未知数的值。所述的一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，所述步骤3具体包括：补氧燃发器余气系数为：补氧燃发器油气比为：所述的一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，所述步骤4具体包括：补氧燃发器发散指数为：所述的一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，所述步骤5具体包括：补氧燃发器燃烧效率为：所述的一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，所述步骤6具体包括：根据焓值守恒法计算补氧燃发器出口温度为：本专利技术的有益效果在于：1、突破补氧燃发器综合性能的计算难题基于全成分法的实现补氧燃发器综合性能测试，解决补氧燃发器出口氧含量的测量及氧含量流场分布、补氧燃发器出口温度计算、补氧燃发器燃烧效率计算、补氧燃发器余气系数和油气分布计算以及补氧燃发器发散指数计算等问题。2、计算结果精度高一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，其补氧燃发器燃烧效率的不确定度在±1％以内，补氧燃发器出口温度的不确定度在±1％以内，远远高于其他测试方法。3、应用范围广一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，不仅具有在航空发动机燃发器设备上进行推广的可能性，而且还可以推广到航天、燃机等行业，具有较广的应用范围。附图说明图1为基于全成分法的补氧燃发器测试模型。具体实施方式本专利技术中的一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，本文主要以为某超燃冲压发动机提供模拟燃烧室进口条件的补氧燃发器为实施例，对该测试方法进行详细说明，以下实施例有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。针对某超燃冲压发动机提供模拟燃烧室进口条件的补氧燃发器综合性能试验，通过取样探针和取样分析系统获取了燃发器出口的CO2、O2、NO、NO2、CO、UHC6种组分，采用以下步骤进行实施：第一步：构建补氧燃发器计算模型。假设补氧燃发器燃烧过程散热损失小，认为整个燃烧系统为定压绝热燃烧系统。补氧燃发器采用碳氢燃料燃烧，其分子式为CmHnOlNk(其中，m＝2，n＝5，l＝1，k＝0)；假设忽略燃气中的游离态C；补氧燃发器出口的燃气成分含有N2、CO2、Ar、H2O、O2、NO、NO2、CO、UHC9种成分；基于全成分法的补氧燃发器测试模型见图1，补氧燃发器计算模型符号表见表1。表1补氧燃发器计算模型符号表第二步：补氧燃发器化学平衡方程计算，可得到P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、Pg；以lmol燃料为计算基础，在补氧条件下，1mol燃料与空气、氧气在补氧燃发器中不完全燃烧反应的关系式为：CmHnOlNk+P0(AN2+BO2+CCO2+DAr+hH2O)+YO2→P1CO2+P2CO+P3H2O+P4N2+P5O2+P6CxHy+P7NO+P8NO2+P9Ar根据碳元素守恒关系式有：m+P0C＝P1+P2+xP6…本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，其特征在于，测量补氧燃发器出口CO2、O2、NO、NO2、CO、UHC的组分，基于全成分法和焓值守恒法，获取补氧燃发器出口温度、补氧燃发器燃烧效率、补氧燃发器余气系数和油气比以及补氧燃发器发散指数。

【技术特征摘要】
1.一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，其特征在于，测量补氧燃发器出口CO2、O2、NO、NO2、CO、UHC的组分，基于全成分法和焓值守恒法，获取补氧燃发器出口温度、补氧燃发器燃烧效率、补氧燃发器余气系数和油气比以及补氧燃发器发散指数。2.根据权利要求1所述的一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、构建补氧燃发器计算模型，假设补氧燃发器燃烧过程散热损失小，认为整个燃烧系统为定压绝热燃烧系统；补氧燃发器采用碳氢燃料燃烧，其分子式为CmHnOlNk；假设忽略燃气中的C；在补氧燃发器出口测量的CO2、O2、NO、NO2、CO、UHC6种组分，其余组分采用质量守恒方程和化学平衡方程导出；步骤2、构建补氧燃发器化学平衡方程；步骤3、补氧燃发器余气系数和油气比计算；步骤4、补氧燃发器发散指数计算；步骤5、补氧燃发器燃烧效率计算；步骤6、补氧燃发器出口温度计算。3.根据权利要求2所述的一种基于全成分法的补氧燃发器综合性能测试方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：以1mol燃料为计算基础，在补氧条件下，1mol燃料与空气、氧气在补氧燃发器中不完全燃烧反应的关系式为：CmHnOlNk+P0(AN2+BO2+CCO2+DAr+hH2O)+YO2→P1CO2+P2CO+P3H2O+P4N2+P5O2+P6CxHy+P7MO+P8NO2+P9Ar根据碳元素守恒关系式有：m+P0C＝P1+P2+xP6………………………………………………………(1)根据氢元素守恒关系式有：n+2hP0＝2P3+yP6………………………………………………………(2)根据氧元...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，王军，蒙正猛，朱涛，许承慧，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：四川,51