某双油路离心式喷嘴雾化性能分析

燃油喷嘴的雾化对于解决航空发动机燃烧室问题是至关重要的,为探究某双油路离心式喷嘴的雾化性能,运用两相界面追踪流体体积(Volume of Fluid,简称VOF)方法对该喷嘴的内外部流场进行数值仿真。以双油路离心喷嘴的雾化锥角、质量流率以及液膜厚度作为雾化性能指标,分别模拟出主油路单独供油、副油路单独供油以及主副油路同时供油三种不同工作模式在不同压差条件下喷嘴燃油流动的稳态情况,获得双油路离心喷嘴的雾化性能指标并对其影响规律进行研究。结果显示:数值仿真能较好地模拟出喷嘴的雾化特性,随着压差增大,扩口式主油路单独工作时的雾化锥角减小,平口式副油路单独工作时的雾化锥角增大。当主、副油路同时工作时,雾化锥角随压差的增大而增大且始终处于单路单独工作时的雾化锥角之间;质量流率随着压差的增大而增大且增幅逐渐减缓;液膜厚度在低压区随压差的增大而迅速减小,随后趋于稳定。

气液同轴双离心式喷嘴宏观雾化特性实验研究

为掌握燃气轮机燃烧室喷嘴的雾化规律并优化其雾化效果,本文以液态水为工质,对新型气液同轴双离心式喷嘴雾化特性展开实验研究。利用粒子图像测速法研究了改变气、液进口压力对雾化液滴速度场、雾化锥角和液膜破碎长度的影响,通过分析雾化图像对喷嘴的雾化机制进行探究。结果表明,液体进口压力不变时,气体进口压力增加可使雾化状态由空心锥状向实心锥状过渡,同时液膜破碎依次经历了表面波主导破碎、波动雾化破碎以及气动雾化破碎三种模式。液体进口压力为0.7MPa时,气体进口压力增大,雾化模式由表面波破碎向波动雾化破碎过渡,雾化液锥收缩,液膜受气动力作用向下游展开,液膜破碎长度呈先增大后减小的规律。雾化处于气动雾化破碎模式时,雾化锥角逐渐稳定。对喷嘴下游40mm处液滴速度值分析表明,随着液压增大,有/无气旋对雾化液滴速度增幅稳定在8%。

双油路离心喷嘴喷雾锥角特性试验

为研究双油路离心喷嘴特性参数对喷雾锥角的影响,对不同特性参数喷嘴的喷雾锥角进行理论分析和试验研究。结果表明:主、副油路单独供油,喷嘴中心形成了负压空气兰金涡,在较小雷诺数下产生“油泡”形状雾锥;随着雷诺数的增加,由于空气兰金涡、康达效应和边界层的综合影响,雷诺数对单独供油的主油路和副油路喷雾锥角特性影响不同。主、副油路同时供油,雷诺数相同,主、副油路旋向一致的喷雾锥角大于旋向相反的喷雾锥角;采用动量守恒的方法对喷雾锥角进行预测,通过试验数据确定修正系数,在某些情况下可供具体工程设计参考。

双油路离心喷嘴油雾特性试验研究

采用高速摄影仪测量某型发动机燃烧室两种大小流量不同的双油路离心喷嘴在不同供油压力下的油雾特性。对煤油从离心喷嘴喷出后，在静止大气中所形成的油雾锥中心截面进行拍摄，并对所得的照片进行图像处理，从而获得油雾锥中心截面上油粒的索太尔平均直径（Sautermeandiameter，SMD）分布、平均SMD以及分布指数N。试验结果表明：（1）小流量喷嘴在副油路单独工作时平均SMD在70．23～86．15μm之间，主副油路同时工作时平均SMD在94．66～109．00μm之间，主油路打开前后，平均SMD变化相差较大，分布指数N在2．76～3．00之间；（2）大流量喷嘴在副油路单独工作时平均SMD在72．77～79．71μm之间，主副油路同时工作时平均SMD在83．53～89．73gm之间，在主油路打开前后，平均SMD变化相差不大，分布指数N在2．79～2．82之间；（3）小流量喷嘴雾化特性与大流量喷嘴雾化特性相比，大流量喷嘴雾化效果稍好。

液氧/液甲烷双离心式喷嘴富氧低频燃烧不稳定性研究

为了研究液氧/液甲烷双离心式喷嘴在富氧条件下的低频燃烧不稳定性,在模型燃烧室中开展了喷嘴相对缩进长度为1.5,2.0和2.7的高压燃烧实验和数值模拟研究,描述了低频燃烧不稳定现象,获得了振荡频率特性和喷嘴缩进长度对振荡频率的影响规律。结果表明:燃烧室压力在起动过程中从稳定转为不稳定,压力振荡经历振幅增长阶段后,达到极限环振幅阶段,最终表现为燃烧室和供应路的耦合共振。燃烧室低频振荡频率主要受到熵波传播的影响,基于数值模拟方法获得了燃烧状态下甲烷质量分数空间分布特征,再根据熵波对流模型预测了室压振荡频率,预测频率和实测频率的趋势一致,误差范围是7.4%~9.8%。随着相对缩进长度的增加,甲烷消耗完全所需时间缩短,燃烧室熵波频率增大,因此燃烧室振荡频率也随之增大。

平口主油路/扩口副油路离心喷嘴雾化特性研究

针对某型航空发动机燃烧室低排放燃烧问题,开展了双油路离心喷嘴雾化特性研究。以RP-3航空煤油为工质,采用高速摄影拍摄不同供油压力、不同工作模式时的喷雾形态,并对喷雾图像进行二值化处理得到雾化锥角,使用马尔文激光粒度仪测量雾化液滴索太尔平均直径(SMD)。研究结果表明:低供油压力时,副油路在雾化中占主导地位;随着供油压力增大,主油路可以产生更大的动量,对同时工作时的雾化锥角有重要影响,使雾化锥角介于60°~102°之间。主副油路同时工作周向均匀性更高,雾化锥角大小则介于主副油路单独工作之间。使用扩口式副油路,液膜轴向速度降低了约42.12%且雾化锥角更大,更有利于二次雾化,SMD减小了约19.6%。

双油路离心喷嘴雾化锥角的试验研究

针对双路离心喷嘴开展雾化锥角的研究,采用高速摄影仪拍摄不同供油压差,仅副油路、主油路和主副油路同时工作时的喷雾形态,进而分析不同工况下雾化锥角的变化规律,同时与传统经验关系式结果进行对比。结果表明,单路压差增加时,平口式的主油路锥角迅速增大,扩口式的副油路锥角逐渐减小,共同喷射时,由于低压核心区的作用双路锥角处于两路单独喷射之间,并随主油路压差增大而增大,随副油路压差增大而减小。最后将传统经验关系式结果和试验结果进行对比,由于特殊的喷口结构产生了径向速度分量,关系式结果均偏高。

双离心式喷嘴设计及试验研究

燃气发生器的燃烧效率及出口流场品质一直是评价燃气发生器性能的两项重要指标,而燃料的雾化又极大地影响燃气发生器的燃烧性能,因此喷嘴的雾化特性研究是一项非常重要的课题。为满足某型燃气发生器流量及燃烧性能需求,设计了一种双离心式喷嘴,以水作为燃油的模拟工质,采用单反相机和马尔文粒径测量仪开展了喷嘴的喷雾特性研究。研究表明喷嘴的流量、雾化锥角及索太尔平均直径(SMD)值等参数均满足设计指标;SMD值随着喷注压降的增大而减小,但趋势逐渐变缓;当喷雾发展至喷嘴出口一定位置时,各轴向截面的SMD值基本保持不变。

离心气动组合式双油路喷嘴试验研究

本文对某发动机燃烧室的离心气动组合式双油路燃油喷嘴进行了试验研究,获得了供油压差和供气压差对副油路离心喷嘴和主油路气动雾化喷嘴的雾化特性影响规律。研究结果表明:主、副油路喷嘴的流量随供油压差的增大而增大,且都与供油压差的开方根成正比;相同油压下,主油路的燃油流量是副油路的11.8倍左右;在供油压差较小时,气动力对主、副油路的喷雾锥角都起到显著的压制作用;随着供油压差的增大,油雾的离心力逐渐增大,气动力对雾锥的压缩作用相对减弱;供气压差在0Pa~1270Pa,气动力的存在使得副油路燃油的Sauter平均直径(SMD)增大,即气动力起阻雾化作用,且供气压差在500Pa时阻雾化作用最为显著;在整个供气压差范围内,气动力对主油路燃油都起到促雾化作用。

双油路离心喷嘴雾化特性试验

采用LSA-Ⅲ型激光粒度仪对某型发动机一整套6个双油路离心喷嘴的雾化特性进行了试验研究,包括喷嘴主、副油路供油特性、喷雾锥角、索太尔平均粒径(SMD或d32)及其尺寸分布。结果表明,主、副油路的质量流量总不均匀度系数分别为2.42%和3.29%,主、副油路喷雾锥角充分展开后喷雾锥角和平均粒径随供油压力的增大而减小,斜率绝对值逐渐变小。分析了中心副油路在低供油压力下雾锥的展开过程,喷雾锥角随供油压力增加迅速变大,平均粒径随供油压力增加迅速变小。

RP-5和RP-3燃油对离心喷嘴雾化特性影响分析

为探究RP-5和RP-3燃油对双油路离心喷嘴雾化性能的影响,开展不同供油压力下两种燃油对双油路离心喷嘴的质量流量特性、雾化锥角、索太尔平均直径(SMD)及油滴速度等性能影响的研究,结果表明:在各供油压力下,RP-5燃油的喷嘴质量流量大于RP-3燃油,主油路质量流量相差约为5%,副油路质量流量相差约为2%;RP-5和RP-3燃油的喷嘴雾化锥角大小基本一致;当副油路供油质量流量小于8 kg/h时,RP-5燃油的SMD大于RP-3燃油,当副油路供油质量流量大于8 kg/h时,RP-5和RP-3燃油的SMD基本一致;主、副油路同时供油时,随着质量流量不断增加,RP-5燃油的SMD大于RP-3燃油且差值不断增大;随着供油压力升高,RP-5燃油的油滴速度要显著高于RP-3燃油,且都呈现出“M”形分布。

双油路离心喷嘴雾化特性的半经验预测方法

为了掌握主、副油路相互干涉的机制,进而获得双油路离心喷嘴雾化特性的预测工具,开展了双油路离心喷嘴的理论和试验验证研究,研究中所涉及的供油压差范围为0.05~3MPa。理论推导了双油路离心喷嘴液膜破碎长度和索太尔平均直径(SMD)的半经验预测公式,并使用了3个不同结构的双油路离心喷嘴进行了试验验证。结果表明:双油路离心喷嘴破碎长度和SMD的预测精度达到±20%。这些半经验关系式可以作为双油路离心喷嘴设计阶段的预测工具和仿真边界条件。