Análisis Numérico y Experimental del Efecto de la Inyección de Agua en la Combustión de Combustibles Hidroreactivos a Base de Mg
Autores: Shao, Shiyao; Yue, Songchen; Qiao, Hong; Liu, Peijin; Ao, Wen
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Análisis Numérico y Experimental del Efecto de la Inyección de Agua en la Combustión de Combustibles Hidroreactivos a Base de Mg
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Liberación de energía
Tasa de combustión
Combustibles hidroreactivos a base de Mg
Proceso de combustión
Motores a chorro de agua
Propiedad de combustión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
El proceso de liberación de energía de los combustibles hidroreactivos a base de Mg afecta directamente el rendimiento de los motores ramjet de agua, y la tasa de combustión es uno de los parámetros clave de los combustibles hidroreactivos a base de Mg. Sin embargo, no hay suficiente comprensión profunda del proceso de combustión de los combustibles hidroreactivos a base de Mg dentro de la cámara de los motores ramjet de agua, y falta un medio efectivo para predecir la tasa de combustión. Por lo tanto, este artículo tiene como objetivo examinar la estructura de la llama de los combustibles hidroreactivos a base de Mg con un alto contenido metálico y analizar el impacto de la velocidad de inyección de agua y el diámetro de las gotas en la propiedad de combustión. Se diseñó un sistema de experimento de combustión para replicar la combustión de combustibles hidroreactivos a base de Mg dentro de los motores ramjet de agua, y la tasa de combustión lineal promedio se calculó a través del método de línea objetivo. Sobre la base del experimento, se formuló un modelo de solución de acoplamiento de combustión-flujo de combustibles hidroreactivos a base de Mg, incluyendo el mecanismo de reacción entre Mg/HO y los productos de descomposición de un oxidante y un aglutinante. El modelo fue validado a través de resultados experimentales con combustibles hidroreactivos a base de Mg a diversas presiones y velocidades de inyección de agua. El error porcentual absoluto medio (MAPE) en los resultados experimentales fue inferior al 5%, lo que demuestra la precisión y validez del modelo. El modelo resultante se utilizó para simular la combustión de combustibles hidroreactivos a base de Mg bajo diferentes parámetros de inyección de agua. La adición de inyección de agua resultó en la creación de una nueva región de alta temperatura, a saber, la región de combustión no premixed de Mg/HO, además de mejorar la difusión radial de la llama. Con el aumento de la velocidad de inyección de agua, la distancia característica de la región de combustión no premixed de Mg/HO disminuye, lo que mejora la transferencia de calor a la superficie en combustión y acelera la combustión del combustible. Se investigó el impacto de los parámetros de las gotas, revelando que las gotas más grandes mejoran la penetración del gas rico en combustible, lo que es similar al efecto de la velocidad de inyección. Sin embargo, cuando el tamaño de la gota se vuelve demasiado grande, las gotas acuosas no se evaporan completamente, lo que resulta en una ligera disminución de la tasa de combustión. Estos hallazgos mejoran la comprensión de los mecanismos detrás de la variación de la tasa de combustión en combustibles hidroreactivos a base de Mg y ofrecen orientación teórica para la selección óptima de los parámetros de operación del motor.
Descripción
El proceso de liberación de energía de los combustibles hidroreactivos a base de Mg afecta directamente el rendimiento de los motores ramjet de agua, y la tasa de combustión es uno de los parámetros clave de los combustibles hidroreactivos a base de Mg. Sin embargo, no hay suficiente comprensión profunda del proceso de combustión de los combustibles hidroreactivos a base de Mg dentro de la cámara de los motores ramjet de agua, y falta un medio efectivo para predecir la tasa de combustión. Por lo tanto, este artículo tiene como objetivo examinar la estructura de la llama de los combustibles hidroreactivos a base de Mg con un alto contenido metálico y analizar el impacto de la velocidad de inyección de agua y el diámetro de las gotas en la propiedad de combustión. Se diseñó un sistema de experimento de combustión para replicar la combustión de combustibles hidroreactivos a base de Mg dentro de los motores ramjet de agua, y la tasa de combustión lineal promedio se calculó a través del método de línea objetivo. Sobre la base del experimento, se formuló un modelo de solución de acoplamiento de combustión-flujo de combustibles hidroreactivos a base de Mg, incluyendo el mecanismo de reacción entre Mg/HO y los productos de descomposición de un oxidante y un aglutinante. El modelo fue validado a través de resultados experimentales con combustibles hidroreactivos a base de Mg a diversas presiones y velocidades de inyección de agua. El error porcentual absoluto medio (MAPE) en los resultados experimentales fue inferior al 5%, lo que demuestra la precisión y validez del modelo. El modelo resultante se utilizó para simular la combustión de combustibles hidroreactivos a base de Mg bajo diferentes parámetros de inyección de agua. La adición de inyección de agua resultó en la creación de una nueva región de alta temperatura, a saber, la región de combustión no premixed de Mg/HO, además de mejorar la difusión radial de la llama. Con el aumento de la velocidad de inyección de agua, la distancia característica de la región de combustión no premixed de Mg/HO disminuye, lo que mejora la transferencia de calor a la superficie en combustión y acelera la combustión del combustible. Se investigó el impacto de los parámetros de las gotas, revelando que las gotas más grandes mejoran la penetración del gas rico en combustible, lo que es similar al efecto de la velocidad de inyección. Sin embargo, cuando el tamaño de la gota se vuelve demasiado grande, las gotas acuosas no se evaporan completamente, lo que resulta en una ligera disminución de la tasa de combustión. Estos hallazgos mejoran la comprensión de los mecanismos detrás de la variación de la tasa de combustión en combustibles hidroreactivos a base de Mg y ofrecen orientación teórica para la selección óptima de los parámetros de operación del motor.