(a)横截面的温度分布
(b)横截面的速度分布
(主流温度1800K,速度60m/s,射流温度300K,速度90m/s)
图9-2-13 单个射流横截面的速度和温度分布
从图可见,中心截面的速度和温度变化趋势。主流与射流不断地混合,射流卷吸主流,温度升高,展向不断地扩展,宽度增加。中心截面有回流区,在横截面上,速度形成一个对涡。
横侧气流中多股射流的轨迹和混合
火焰筒的高度是有限的,而且常常是在内壁、外壁上对着开孔,同时进气孔的气流是多股射流。所以实际火焰筒的火焰筒空气进气射流是在有限空间内的多股射流的穿透问题。
这意味着,单个射流在无限空间内的穿透深度问题,是多股射流的一个基础,但是在多股射流中,考虑的影响因素要复杂得多,要考虑通道高度和射流孔间距的影响,见图9-2-14。
图9-2-14 环腔通道高度和射流孔间距的定义 通道高度和射流间距的影响如下:
a) 即使是单个射流,通道高度与射流孔直径之比小于24,
H/dj对穿透深度也有明显影响。而实际的通道高度与射流
孔直径之比远小于该值。 b) 射流孔间距S/dj?12,多股射流的轨迹与单个射流相同;
c) 现代燃烧室中常用的射流孔间距不超过10,射流间距对穿透深度有很大影响,当S/d很小,小于2,接近于二元
j射流,S/d=2~4之间,穿透深度有一个最小值。
j射流孔的流量系数和射流角度
通过射流孔的流量不仅与射流孔的几何面积及射流孔的压力降有关系,同时,与射流孔形状、射流孔上游环腔的尺寸及孔上游的流动有关系,所谓的有效面积,就是射流孔的几何开孔面积与流量系数的乘积。
通过射流孔的流量比按照理论情况下计算的流量小,这是因为通过孔时,气体微团的惯性作用,流线收缩,使得实际的流通面积比几何开孔面积小。
另外一方面,由于从环腔流入射流孔的流体在环腔内有一定的向前运动速度,同样是因为流体微团的惯性作用,通过孔后尚有继续往前运动的动能,因此射流进入火焰筒后与火焰筒壁面的夹角总是小于90度。
在燃烧室的研制过程中,各种射流孔流量系数和初始角度通过一系列实验来得到这个数据,如图9-2-15~9-2-17所示。
可见,随着压力参数值的增加,流量系数随之增加,到了一定的压力参数值后,流量系数就基本不变了。说明环腔流动速度减小后,气流惯性减小,流量系数就增加了。从射流角度来看,增加了卷边以后,射流穿透角度在压力参数较小时,增加十分明显。同时,半卷边孔对流量系数影响不大,而全卷边孔的流量系数有一定增加。
图9-2-15 简单平圆孔的流量系数和射流穿透角度与压力参数的关系
[2]
图9-2-16 单卷边孔的流量系数和射流穿透角度与压力参数的关系
从燃烧室的设计角度来看,主燃孔的压力参数值通常在3~8之间,并且在主燃区需要近乎垂直的穿透,已达到主燃区中主燃孔射流切短回流区并强化燃烧的目的,因此,主燃孔采用卷边孔的设计是十分有利的。