图9-1-9 离心喷嘴喷雾张角随环境压力变化规律
图9-1-10 离心喷嘴SMD与表面张力的关系
图9-1-11 离心喷嘴SMD与燃油粘性的关系
图9-1-12 离心喷嘴SMD与工况和喷嘴流量数的关系
9.1.2 空气雾化喷嘴
由于离心喷嘴在大工况下的喷雾张角会发生很大的变化,新研发的燃烧室大部分都采用了空气雾化喷嘴。空气雾化喷嘴与离心喷嘴最大的不同之处是燃油的雾化不是依靠压力产生油膜失稳,而是依靠通过喷嘴的空气速度剪切雾化油膜。空气雾化喷嘴有两种典型的结构,一种是GE公司使用的旋流杯空气雾化喷嘴,一种是P&W公司预膜空气雾化喷嘴。见图9-1-13。
在旋流杯这种喷嘴中,燃油是从中心的离心喷嘴中喷出,燃油冲击在文氏管上,形成一个薄的油膜,在文氏管出口边缘上,油膜破碎成条,然后迅速地进入了内外旋向相反的两
股旋流的剪切层中雾化。剪切层中,破碎成条的油膜被进一步雾化,形成油雾。
在内部预膜空气雾化喷嘴中,燃油进入一个通道通过一定的旋流产生装置展成油膜,在通道出口处,油膜在内外两层旋流的剪切作用下破碎成油膜,形成油雾。
两种空气雾化喷嘴的不同之处在于油膜的形成方式,而共同之处就是都是通过相对较高流速的空气来雾化燃油,雾化的物理本质是相同的。
(a)旋流杯空气雾化喷嘴及其雾化
(b)内预膜空气雾化喷嘴及其雾化过程
图9-1-13 空气雾化喷嘴的典型结构及雾化过程
9.1.3 甩油盘喷嘴
旋转喷嘴中最著名的喷嘴是法国Turbomeca公司的甩油盘系统。用于折流环形燃烧室,燃油通过供入一个空心的中心轴中,然后从甩油盘上打的孔依靠离心力甩出。
由于甩油盘高速旋转,从轴里供入的燃油运动到甩油盘的喷油孔中,在喷油孔中观察到的现象是燃油空心往甩油盘边缘运动。燃油离开甩油盘的切向速度比甩油盘的线速度略高一些。燃油射流的速度增加与甩油盘速度增加成正比。燃油射流离开甩油盘后,射流失稳,形成油雾。
图9-1-14 甩油盘喷嘴结构和雾化过程
9.1.4 蒸发管喷嘴
蒸发管喷嘴由英国RR公司发展的。早期的蒸发管结构为“拐杖型”,为了改善蒸发管的蒸发性能和减小长度,于1980年代发展了“T型”蒸发管,如图9-1-15所示。蒸发管喷嘴中,燃油从一个喷嘴中喷出,部分燃油喷射到蒸发管的内壁面上,部分燃油与进入蒸发管的空气混合随空气流动。在“T型”蒸发管中,燃油的蒸发加热量来源于管壁和进入蒸发管的空气。在设计点状态,80%的燃油是依靠进入蒸发管的空气来蒸发。研究结果表明,蒸发管出口的雾化颗粒度小于20?m。
图9-1-15蒸发管喷嘴结构和雾化蒸发过程
蒸发管喷嘴雾化性能的主要影响因素是进入蒸发管的空气压力、温度及燃油空气质量比。在发动机小功率状态,主要的燃油准备靠蒸发,在高功率状态,多少与空气雾化喷嘴的性质相象。