燃烧室工作过程.pptx

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1、3-2 燃烧区中气流流动过程组织解决方法：1、加装扩压器，减小气流流速，进而减小压降损失。2、采用气流“分流”的办法提高燃烧区温度；3、采用火焰稳定器，为稳定火焰创造条件。第1页/共127页3-2 燃烧区中气流流动过程组织一次空气供气方案：1、将一次空气全部由装在火焰管头部的旋流器供入燃烧区；2、将一次空气由旋流器及前几排射流孔供入。第2页/共127页3-2 燃烧区中气流流动过程组织火焰稳定器的作用：第3页/共127页3-2燃烧室中气流流动过程组织第4页/共127页3-2 燃烧区中气流流动过程组织环状气流层的影响：1、增强湍流，为改善燃料与一次空气的混合创造条件；2、为燃料的连续点火及火焰稳定

2、创造条件。第5页/共127页3-2 燃烧区中气流流动过程组织表征火焰管气流结构特性的参数：1、回流区最大直径2、回流区长度3、最大直径处与旋流器距离4、高温燃气回流量第6页/共127页3-2 燃烧区中气流流动过程组织一次空气旋流器结构参数的影响：1、旋流器叶片安装角2、轮毂比3、旋流器外缘直径与火焰管圆柱段直径的比值4、叶片数目第7页/共127页3-2 燃烧区中气流流动过程组织结构形式的影响：第8页/共127页3-2 燃烧区中气流流动过程组织一次空气供气方式的影响1、回流区缩短2、减弱环形流动强度3、减弱气流切向分速度4、使回流区变形第9页/共127页3-2 燃烧区中气流流动过程组织射流孔供入

3、空气量的影响：第10页/共127页3-2 燃烧区中气流流动过程组织一次射流孔布局的影响第11页/共127页3-2 燃烧区中气流流动过程组织第12页/共127页3-2 燃烧区中气流流动过程组织射流深度的影响：第13页/共127页3-2 燃烧区中气流流动过程组织燃烧工况的影响：1、温度升高回流区缩小2、速度场平坦3、回流量下降第14页/共127页3-3 燃烧区中燃料浓度场组织要求：确保在任何工况下，燃烧空间中燃料与空气的局部配合关系都处在可燃范围内。第15页/共127页3-3 燃烧区中燃料浓度场组织影响因素：1、燃料的喷射特性（喷油嘴）2、一次空气的分配规律3、一次空气流动特性第16页/共127页

4、3-3 燃烧区中燃料浓度场组织1、燃料雾化质量对浓度场分部的影响：雾化颗粒过粗燃烧时间长，不易燃烧完全，燃烧效率低；惯性较大容易在火焰管壁面凝结。雾化颗粒直径过小，穿透能力小，燃料不能有效分布到燃烧空间中去。第17页/共127页3-3 燃烧区中燃料浓度场组织2、燃料在燃烧空间的分布不均匀分布轴线附近缺少新鲜空气一次空气主流区，空气流速高温度低因此，燃料主要分布在回流区与一次空气主流区边界，向两侧浓度逐步下降。第18页/共127页3-3 燃烧区中燃料浓度场组织3、一次空气补给方案一次空气的补给方案决定于燃料的挥发性。过早，温度低降低挥发程度，不利于形成预混可燃物。过迟，火焰延长。4、喷雾锥角第1

5、9页/共127页燃烧区中可燃混合物的形成着火与燃烧燃烧区中火焰类型：1、预混可燃气体湍流火焰传播2、湍流扩散燃烧第20页/共127页3-3燃烧区中可燃混合物的形成着火与燃烧区别：预混燃烧火焰前锋传播速度受化学动力学因素控制，燃烧完成取决于火焰前锋的传播速度。扩散燃烧取决于燃料与氧化剂的混合，新鲜空气的补给决定燃烧效率。（要求化学反应速率高于扩散速率）第21页/共127页3-4燃烧室掺混过程的组织掺混目的：1、使高温燃气达到要求的初温值T3*2、使出口温度场的均匀程度达到要求的范围。第22页/共127页影响因素：1、掺混空气量2、射流孔的结构型式、尺寸和布局3、射流深度4、高温燃气的温度场5、燃

6、烧室外壳与火焰管之间二次流道中的流动情况第23页/共127页一、掺冷空气量的影响第24页/共127页二、二次掺冷空气流动参数的影响二次掺冷空气流动参数的定义：第25页/共127页掺冷空气流动参数直接关系着射流速度、射流流量、射流深度第26页/共127页燃烧室流动阻力损失对温度场均匀性的影响：第27页/共127页三、二次掺冷空气射流深度的影响射流深度估算方法：第28页/共127页混合区前燃气的最高温度区域大致分布在火焰管轴线附近，为使这部分高温燃气冷却降温，必须把二次掺冷空气喷射到火焰管中心区域内。H=（0.350.65）dfdf-射流平面上火焰管直径第29页/共127页四、射流孔之间周向间距的

7、影响防止掺冷空气交混分层流动形成阻塞圈第30页/共127页五、射流孔布局的影响第31页/共127页两种开孔方案掺冷效果对比第32页/共127页最后一排射流孔位置的影响第33页/共127页六、二次空气流道气流流动均匀性影响第34页/共127页3-5火焰管壁冷却过程组织火焰管破坏形式：裂纹、翘曲、变形、烧穿等。火焰管壁冷却目的：合理组织二次空气流，使火焰管受热部件得到有效冷却，确保壁面温度比较均匀的保持在材料使用寿命容许范围内。第35页/共127页第36页/共127页第四章 液体燃料雾化和喷油嘴液体燃料燃烧特点1、扩散燃烧 2、非均相燃烧 液体燃料燃烧过程液体燃料燃烧过程1、雾化2、蒸发3、掺混4

8、、燃烧第37页/共127页液体燃料燃烧过程示意图第38页/共127页4-1液体燃料的雾化机理液体燃料喷散雾化目的：1、把连续燃料射流分裂成为细滴，以求增加液体燃料蒸发的总表面积。2、把燃料合理的分布到燃烧空间中去第39页/共127页燃油雾化现象第40页/共127页第41页/共127页第42页/共127页雾化颗粒的形成1、液体由喷嘴流出形成液柱或液膜。2、由于液体射流本身的初始湍流以及周围气体对射流的作用（脉动、摩擦等），使液体表面产生波动、褶皱，并最终分离出液体碎片或细丝。3、在表面张力的作用下，液体碎片或细丝收缩成球形油珠。4、在气动力作用下，大油珠进一步碎裂。第43页/共127页油珠破碎过

9、程气动力表面张力第44页/共127页油珠表面受力分析外力：气动力、惯性力内力：表面张力、粘性力第45页/共127页2、液珠破碎条件表面张力气动力表面张力气动力如果=q，则：第46页/共127页定义韦伯准则数实验中发现：8We10.7：液珠只发生变形而不破碎，10.7We14：液珠开始破碎We14：全部液珠破碎成细小的雾珠，We ，平均直径愈小第47页/共127页薄膜破碎：1、轮毂式破碎2、穿孔膜破碎3、波浪式破碎第48页/共127页4-2液体燃料雾化质量标准一、喷雾锥角二、喷雾射程三、燃料分布特性第49页/共127页四、雾化颗粒细度1、按油珠直径求出的平均直径2、按油珠表面积求出的平均直径3、

10、按油珠体积求出的平均直径第50页/共127页4、质量中间直径（MMD）作为平均直径大于或小于这个直径的油珠的质量各占50%5、索太尔（sauter）平均直径（SMD）ds第51页/共127页三、液珠尺寸的分布1、数量积分分布 2、重量积分分布 3、液滴数量的微分分布 4、液滴重量的微分分布 （）第52页/共127页油珠群几种典型分布Rosin-Rammler:Rosin-Rammler:P(psi)均匀指数第53页/共127页Nukiyama-Tanasawa:Nukiyama-Tanasawa:正态分布：正态分布：第54页/共127页4.3单油路离心喷油嘴的工作原理与设计1、离心喷油嘴的结构

11、和工作过程第55页/共127页4.3单油路离心喷油嘴的工作原理与设计2、离心喷嘴理论 1944年前苏联的阿勃拉莫维奇教授提出了离心喷嘴理论。基本假设：1.流体为无粘性的理想流体；2.不计喷嘴内部流动的径向分速度；3.喷嘴处于最大流量状态工作。第56页/共127页4.3单油路离心喷油嘴的工作原理与设计第57页/共127页4.3单油路离心喷油嘴的工作原理与设计离心式喷嘴内理想流体的伯努利方程 根据连续方程，燃油在切向孔内的流动速度为 不计粘性时，流体的动量守恒，故有 第58页/共127页4.3单油路离心喷油嘴的工作原理与设计径向平衡条件：由于无径向运动，流体满足径向平衡条件：第59页/共127页4

12、.3单油路离心喷油嘴的工作原理与设计积分得（与r无关）第60页/共127页4.3单油路离心喷油嘴的工作原理与设计在燃油与空气核的交界面上有：第61页/共127页4.3单油路离心喷油嘴的工作原理与设计空气核界上的切向速度为 又据连续方程有 A称为离心喷嘴的几何特性参数，表示离心喷嘴几何相似的准则 第62页/共127页4.3单油路离心喷油嘴的工作原理与设计为轴向速度系数 为流量系数 流量流量第63页/共127页4.3单油路离心喷油嘴的工作原理与设计最大流量原理 流量系数流量系数第64页/共127页4.3单油路离心喷油嘴的工作原理与设计雾化锥角雾化锥角第65页/共127页4.3单油路离心喷油嘴的工作

13、原理与设计几何系数与流量系数关系曲线：第66页/共127页4.3单油路离心喷油嘴的工作原理与设计离心喷嘴设计计算程序设计程序：1、选定雾化锥角，由此确定几何特性参数A2、确定流量系数3、确定喷嘴的孔径4、确定喷嘴其它尺寸已知条件：供油能力（供油量）、供油温度和压力、燃油物性参数（密度、粘度）第67页/共127页 离心喷嘴几何参数的影响表现在几何特征参数：表现在几何特征参数：空心涡加大油膜薄雾化好摩擦损失4.3单油路离心喷油嘴的工作原理与设计第68页/共127页3、目前测量粒径的方法（1）接触式 印痕法、石蜡法等（2）非接触式 激光散射技术 马尔纹粒度仪 脉冲激光全息技术4.3单油路离心喷油嘴的

14、工作原理与设计第69页/共127页4.4 影响雾化的因素影响喷雾特性的因素：喷油嘴结构喷油压降液体燃料的物理性质燃烧空间气体介质的物理性质第70页/共127页4.4 影响雾化的因素喷油压降的影响：1、喷油压降影响喷雾射程2、喷油压降提高至一定程度后对喷雾锥角的影响不明显3、喷油压降提高，油滴平均直径明显减小4、背压提高后喷油压降的影响减小。第71页/共127页4.4 影响雾化的因素液体燃料物理性质的影响：粘性表面张力密度（惯性力）第72页/共127页4.4 影响雾化的因素气体介质的物理性质的影响a 供油压力和液体射流与空气的相对速度 b 空气压力 主要体现在离心力、湍流度作用不大的情况下第73

15、页/共127页4-5常用喷油嘴的结构形式及工作特性一、喷嘴类型直流喷嘴离心喷嘴气动喷嘴旋转喷嘴第74页/共127页4-5常用喷油嘴的结构形式及工作特性直流喷嘴特点：特点：1.结构简单，尺寸紧凑，安装布置方便2.雾化角小，雾化质量差第75页/共127页4-5常用喷油嘴的结构形式及工作特性离心喷嘴特点：特点：1.雾化锥角大，雾化质量好2.采用双油路，可获得更大的供油能力第76页/共127页4-5常用喷油嘴的结构形式及工作特性气动喷嘴特点：特点：1.雾化质量高2.排气冒烟少3.贫油熄火范围窄4.可采用特殊的气化剂第77页/共127页4-5常用喷油嘴的结构形式及工作特性其它喷嘴第78页/共127页第5

16、章燃烧室结构燃烧室基本结构：扩压器喷油嘴火焰筒旋流器点火器联焰管第79页/共127页第80页/共127页第81页/共127页燃烧室基本结构第82页/共127页燃烧室最大截面积的确定：燃烧室最大截面积与燃烧室阻力损失相关平均速度的大小影响燃烧室阻力损失第83页/共127页火焰筒相对截面积的影响：1、外环道流组损失2、火焰筒内空气流量分配关系3、燃气出口温度场分布特性火焰筒截面积第84页/共127页火焰筒头部过渡锥角头部过渡锥角应与旋流器配合，以头部不发生气体分离现象为原则。第85页/共127页燃烧室扩压器 压气机出口与燃烧室并不在同一轴线上，应设计过渡型线减少转弯流动损失。第86页/共127页燃

17、烧室扩压器合理选择扩压器的长度第87页/共127页燃烧室扩压器扩压器型线设计：直锥型、等压力梯度、双扭线第88页/共127页一次空气配气机构第89页/共127页尺寸参数控制范围与燃烧室配合工作注意问题：1、防止燃料喷至束腰环积碳，喷雾锥角控制在50702、加强头部冷却第90页/共127页平面旋流器旋流器叶片角、轮毂比对旋流强度有重要影响：通常旋流器叶片角在4560轮毂比的增加受火焰筒头部直径限制通常小于0.75第91页/共127页旋流器出口通流面积计算第92页/共127页旋流器尺寸确定原则旋流器通流面积与阻力损失相关旋流器轮毂比、叶片角与旋流数相关叶片厚度与加工方法相关叶片数的选取第93页/共

18、127页燃气混合机构第94页/共127页火焰管壁面冷却机构第95页/共127页流量系数流量系数定义：第96页/共127页流量系数影响因素：射流孔形状几何尺寸射流孔两侧气流流动参数流动摩擦损失出口与主流掺混损失第97页/共127页燃气收集器第98页/共127页1、燃气收集器中心线上下通流面积沿轴线方向恒定不变2、在型面变化剧烈的地方增加冷却孔3、轴向尺寸与燃机整体结构相关第99页/共127页其他参数点火器位置连焰管位置连焰管直径喷雾锥角主燃区长度第100页/共127页5.2燃烧室的新技术和新发展 对于燃烧室的设计，重点在于强调易点火、燃烧稳定、燃烧效率高、低污染等方面。发展方向：高压比高燃气初温

19、低污染第101页/共127页为解决高压比、高初温对燃烧室的冷却和使用寿命带来的困难，希望减小火焰管长度，因此需要：1、缩短火焰长度2、提高燃烧稳定性3、强化火焰管壁面冷却第102页/共127页燃烧室的污染问题主要污染物CO，Nox，烟，Sox，CH过去20年，通过研究低污染燃烧的发动机，发动机的碳氢化合物减少了90%，CO和NOX分别减少了80%和30%。因此，目前航空发动机排放的控制目标是降低NOX的排放。第103页/共127页CO的生成低功率时较大：（喷油量减少）1）燃油雾化不好，停留时间太短，燃烧不完全2）混合不好，局部富燃料燃烧3）壁面冷却空气相对太大，导致猝熄燃烧，使反应不完全CH的

20、生成与co生成原因类似，但CH易氧化浓度较CO小第104页/共127页减少CO排放措施减少CO排放低功率时：采用空气雾化喷嘴来改善燃油雾化对燃烧室内各部分空气量重新分配，使主燃区的当量比接近于最佳值(0.7)增加主燃区容积或停留时间减少气膜冷却空气量压气机放气分级供油，分区燃烧第105页/共127页Nox的生成NO生成机理NO的来源：1）空气中的N2分子氮按反应机理：热力NO瞬发NO2）燃料中的N 燃料氮NOx：95%NO；5%NO2第106页/共127页热力NO生成第107页/共127页热力NO v温度对反应速度的影响很大，所以称为热力NOv1800K 热力NO很少。v所以降低火焰温度能显著

21、减少NO的产生vNO往往不会在火焰面上产生，而是在高温烟气中第108页/共127页瞬发NO（Prompt NO）Fenimore：富燃料混气火焰面上快速反应生成大量的NO，称为瞬发NO。机理与热力氮不同。第109页/共127页CH+N2HCNC+N2CNNNNON瞬发NO生成机理第110页/共127页研究表明：1）在T2500K时，NO的生成主要取决于热力NO第111页/共127页燃烧室的污染问题影响燃料NO的因素：（1）燃料含N量的影响：实际燃烧过程中只有部分燃料N转化为NO，实际生成NO与全部燃料N之比称为燃料N转换率 ，影响燃料N转换率的因素：当1.3时，NO随着燃料N含量增加而增加，但

22、却下降。当0.8时，NO随着燃料N含量增加先增加后饱和，而下降。第112页/共127页（2）过量空气系数的影响：第113页/共127页第114页/共127页试验结果表明，燃料NO与热力NO不同，它受温度影响较小，这是因为燃料中N的热分解温度比火焰温度低，当燃烧达到分解温度而进行分解，生成NO与火焰温度关系不大。第115页/共127页油气比对NO排放的影响：第116页/共127页喷水：第117页/共127页变几何燃烧室第118页/共127页第119页/共127页径向轴向径/轴向分级燃烧第120页/共127页第121页/共127页催化燃烧室第122页/共127页贫油预混蒸发燃烧室第123页/共127页降低NOx的燃烧技术主要途径：1.选用N含量较低的燃料，包括燃料脱氮和转变成低氮燃料2.降低过剩空气系数，组织过浓燃烧，以降低燃料周围氧浓度3.在过剩空气的条件下，降低温度峰值以减少热力NO4.在氧浓度较低情况下，增加可燃物在火焰前锋和反应区中的停留时间。第124页/共127页分级燃烧室：第125页/共127页发展方向：1、提高预混2、化学回热3、贫油预混燃烧室4、在燃烧室采用催化金属或陶瓷基体反应器5、富油急冷第126页/共127页感谢您的观看！第127页/共127页