燃烧室点熄火与火焰稳定实验

2020-01-13

   

项目效果:实验过程按先后顺序包括点火、稳定燃烧和熄火三个过程阶段。实验中先将油气配比调至点火包线范围内实现燃烧室点火;然后固定空气流量不变,通过调节燃油流量在稳定工作包线范围内观测不同油气配比下的火焰形态;最后缓慢减小燃油流量至贫油熄火边界附近,将燃烧室熄火,确定熄火油气比。当前实验中,对于旋流主燃烧室实验器实验,固定空气流量,逐渐调节供油量,可得到一个贫油熄火点;然后调整到另一个空气流量,可以得到另一个熄火点,这样反复实验即可得到一条完整的贫油熄火边界线;对于加力钝体燃烧实验器实验,通过更换钝体火焰稳定器,获得在相同空气流量(气流速度)条件下,不同型式和阻塞比的钝体火焰稳定器的贫油熄火性能比较。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验目的:

(1) 节省实验成本:航空发动机主燃烧室及加力燃烧室实验成本高昂,一般而言,常规中型航空发动机主燃烧室的燃烧实验成本约为低工况下的1.0万元/小时到高工况下的3.0万元/小时以上。以一个包含20个火焰筒头部的主燃烧室为例,其设计工况(高工况)下耗油量按10/小时计算,因此即使将其简化成单头部进行实验,油耗也将达到500kg/小时,以当前市场的航空煤油价格计算,仅油耗一项约为9000/小时;此外,实验中还将使用大量的水、电、气等资源。相对于主燃烧室而言,加力燃烧室的实验成本则更加高昂,每小时实验成本至少为主燃烧室的2倍以上。因此,本实验项目的实体实验不可能实现每个学生的动手操作,然而利用开发的燃烧室虚拟仿真实验,可以让学生全面了解实验过程,实际动手操作,克服实体实验的不足。

(2) 提高实验安全性及实现健康保护:航空发动机燃烧室燃烧实验中需要使用高压气源、航空煤油及惰性气体等危险品;燃烧室工作中涉及了1000oC以上高温部件及燃气;点熄火实验中存在点火前燃油喷出、熄火后未燃碳氢混气喷出等情况;此外,实验过程中还会产生一氧化碳、氮氧化合物、UHC、碳烟颗粒等对人体健康存在较大危害的烟气及颗粒;实验中对燃油加压的情性气体也存在室内窒息的安全隐患。因此,学生在上课之前,通过开发的虚拟仿真实验教学项目,事先熟悉实验流程,了解实验要注意的事项,可以提前避免,并消除隐患;而且,通过采用虚拟实验替代部分实体实验,也提高了实验安全性,实现了对学生身体健康的保护。

 

实验意义:

1)以学生为中心,开展混合式教学

贯彻以学生为中心的理念,开展混合式教学,线上教学和线下教学虚拟仿真实验与实体物理实验有机结合学生的学习由浅到深地引向深度学习。在实验中将虚拟实验教学置于课程教学之前,熟悉学习实验流程及实验操作,利用教师预先设置的思考题,引导学生在虚拟实验中发现问题、思考问题,而后带着问题进入课堂,在课堂上采用讨论、演讲等形式,结合教师讲授开展学习,然后开展相应的实际操作实验,获得实践操作能力和对实验现象的直观认识,取得实验数据。通过采用这种混合式教学方法,解决了航空发动机燃烧室点熄火与火焰稳定实验在此之前因不能建设多套实验设备、水电气实验成本高、燃烧危险性大而带来的难以获得实操机会与能力、对实验过程与理论领会不深等教学难题,实现了线上有资源线下有活动”的良好教学条件与模式。“线上”“虚拟”教学使学生根据自己的时间随时随地进行个体性实验操作在走进实验室前已具备较好的知识基础和深入的专业问题;“线下”“实体”教学不再是传统实验教学活动的照搬,而主要是基于“线上”的前期学习成果而开展的更加深入的研讨式教学活动,以及教师对于重点、难点反馈的共性问题进行针对性讲授。实现了从验证式教学模式向探究式教学模式过渡,由灌输式教学模式引导式再到自主式学习模式的转变。

2)以问题为导向,开展讨论式教学

在实验教学的过程中,坚持“授之以渔”,而不是“授之以鱼”。在讲课过程中,通过对于实验教学内容的剖析,提炼设置一系列与实验内容密切相关, 循序渐进的探索性问题。通过连续提问, 使学生的思维步步深入,引导学生通过对实验的观察、研究和分析获得的感性信息去思考问题, 探索问题, 逐步引导学生掌握解决问题的方式方法,充分发挥学生的主观能动性,开发学生的创新能力,使学生在学习中有成就感。

综上,“混合式”和“讨论式”教学方法的实施,极大地调动了学生学习的主观能动性、激发了对实验的兴趣及爱好,对科研的好奇与探索,使得教学重心发生了“由教到学”的关键转变,起到了良好的教学效果。