第九章 航空燃气轮机主燃烧室工作特性 - 图文(8)

2019-06-02 13:38

图9-2-17 全卷边孔的流量系数和射流穿透角度与压力参数的关系

9.2.4流量分配

燃烧室的参数,特别是与燃烧室设计密切相关的设计点总油气比是由航空燃气涡轮发动机的总体性能要求所决定的。在燃烧室中,必需根据上述参数,燃烧的基本理论和燃烧室的性能要求来分配燃烧室中的流量。

从各种进气装置进入的空气分配如下:

?通过燃烧室的空气流量主要分为通过旋流器空气m,雾

a,sw?化空气m(对于空气雾化喷嘴,二者是一致的),头部冷却

a,at???空气m,主燃孔射流空气m,火焰筒冷却空气m以及掺混

a,dj,pa,c?空气m。见图9-2-18。

j,d

图9-2-18 气流流动分配示意

燃烧室空气流量分配主要的考虑因素是:高效稳定的燃烧,适当的冷却保护火焰筒壁及适当的掺混气流调整出口温度场。因此,最为重要的是确定燃烧部分所用的空气流量分配、冷却空气流量分配和掺混空气流量分配。 主燃区空气流量分配

燃烧室空气流量分配首先考虑的是主燃区的流量分配。主燃区的划分通常认为是从火焰筒的头部到主燃孔下游方向的截面上。见图9-2-19。

图9-2-30 主燃区示意

从燃烧室性能要求来看,分为两大主要矛盾,一是大工况下的燃烧性能,如排气冒烟,燃烧效率,出口温度分布,另一是小工况的燃烧性能,如稳定性,点火性能。这两类矛盾对常规燃烧室主燃区设计侧重点是完全不同的。例如,对于军机需要其稳定性和高空再点火性能好,民机需要其低污染排放性能好。如何折衷和协调这些相互矛盾,是主燃区设计首先考虑的问题。主要的问题是主燃区油气比的选择,主燃区流态的选择、燃油喷射及点火方式。这里关注主燃区的油气比。主燃区的流态和燃油喷射在前面已经讨论过,点火将在下面小节中讨论。 冷却气流量分配

通常,按照火焰筒的内气流流动设计完成后,再根据发动机的尺寸,得到一个大致的火焰筒需要冷却的面积,按照冷却的要求以及选择的某种冷却结构确定火焰筒单位面积、单

位压力下的冷却气流量Gc,按照这个参数确定火焰筒冷却空气量展总空气量的百分数。 掺混空气量分配

按照出口温度分布的要求,以及掺混孔的掺混效果来确定该部分流量分配。

下面给出一个典型推重比8一级发动机燃烧室的气流分配结果,主燃区按照恰当比设计,燃烧室在设计点的总油气比为0.025。

雾化空气分配(旋流器空气分配):18%,头部冷却空气分配:6%,主燃孔空气分配:18%,冷却冷却气流分配:34%,掺混气流分配:24%,在主燃区部分的火焰筒冷却空气量为4%,则主燃区流量分配:37%。

9.3 燃油分布

在冷态情况下的燃油分布与燃油的初始状态和喷嘴下游的空气流动有密切关系。

形成的油雾从喷嘴喷出后,受到周围空气阻力的影响,油雾的动量减小,由空气来决定最后油雾的运动。本质上讲,燃油分布取决于两方面的因素,一是燃油雾化后的初始速度

和方向,二是周围空气的流动。为了计算燃油分布,从最简单的单颗粒运动轨迹分析着手。

图9-3-1是燃油径向分布器测试原理图,在喷雾张角范围内,沿着一定半径的弧长等距离分布玻璃管,喷嘴开始供油后,如果其中有玻璃管收集的燃油接近满刻度时,停止供油,记录各玻璃管的燃油收集量,就可得出燃油径向分布试验结果。图9-3-2是在不同燃油流量下的燃油径向分布试验结果。

图9-3-1 燃油径向分布器

图9-3-2 燃油径向分布试验结果


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