第六章喷嘴及燃油雾化

第六章喷嘴及燃油雾化6.1液体燃料燃烧过程6.2燃油雾化装置----喷嘴6.3燃油雾化机理§6.1液体燃料燃烧过程•液体燃料燃烧系统1、供油系统2、供气系统3、燃烧系统•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1、雾化2、蒸发3、掺混4、燃烧§6.2燃油雾化装置－喷嘴喷雾是通过喷油嘴形成的，雾状油珠越细、表面积越大，愈容易蒸发。例如，1kg煤油（比重0.78kg/L）构成一个球体，其直径为135mm，其表面积为0.0571m2，如果把这1kg煤油雾化成直径为30µm的油珠群，则其总数将达907亿（9.07×1010）个，这907亿个油珠的表面积之和为256.4m2，约等于原来单个球的4493倍。显然，雾化后的蒸发将要快得多。喷嘴类型直射喷嘴离心喷嘴气动喷嘴旋转喷嘴一、直射式喷嘴1、结构2、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(3)多用于加力燃烧室、冲压发动机等.fmfpffpm.2ffpm.3、流量公式ffcfpFm2'二、离心式喷嘴1、离心喷嘴的结构和工作过程2、离心喷嘴理论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。基本假设：1944年前苏联的阿勃拉莫维奇教授提出了离心喷嘴理论：离心喷嘴工作原理计算.2121210222constHupuupinfinfxf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2inffinrnmu不计粘性时，流体的动量矩守恒，故有ruRurumRumsinfsinf或切向速度和空气涡核由于空气核的存在，燃油在喷嘴出口处的实际流通面积为一圆环形，其值为)(220arrF取轴向长度为1的环形微元体，其质量为rdrudprdrurrdpff2222或frdrdm2微元体旋转时产生离心力正好与径向压力差相平衡，故有轴向速度rdrudprdrurrdpff2222或udurdrconstruRusin.duudpf积分得.212constupf.constux（与r无关）以“空穴率”表示喷孔内空气核的大小，用ε表示202202201rrrrraa10rraininxurnru202据连续方程动量矩守恒：asinarRuu220inxinnrruu1120AunrrRuuxinsxa连续方程：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HpHuuxfaf0222121取进口与燃油和空气核的交界面列如下方程：柏努利方程：ffxHHAu/2/211122为轴向速度系数fffxfHrHrrum22202020　　2211/1A为流量系数流量和流量系数0112/122A最大流量原理2//)1(2A232211/1A2/雾化锥角雾化锥角可根据轴向速度和切向速度的大小来确定xuutg/2xmmuutg/2,81111122Atgm2/)(0amrrr喷雾锥角公式：8(1)2(11)marctg只与ε或A有关，与Pf无关3、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）三、双油路离心式喷嘴双油路单喷口喷嘴双油路双喷口喷嘴12341234•四气动喷嘴特点：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五、蒸发管式喷嘴特点：蒸发管燃烧室的燃烧效率较高，不冒烟，辐射少，出口温度场较均匀稳定。存在的问题主要是火焰稳定极限较窄，以及高压下工作时，蒸发管壁有过热及烧蚀的危险。六、甩油盘式喷嘴喷嘴类型优点缺点离心喷嘴1.火焰稳定范围宽2.燃油控制反应快3.燃烧室调试时容易修正4.机械上刚固1.燃油分布随供油压力而变化，因而不易控制出口温度分布2.燃烧室在高压下，工作时容易冒烟，热辐射量大3.供油压力变化范围大4.结构复杂，成本高5.低油压时雾化质量差蒸发管1.预混、不易积炭，不易冒烟2.只需要低的供油压力3.燃油分布在很大程度上由气流控制，不受燃油流量限制，出口温度场交易控制4.结构简单，成本低1.火焰稳定范围相当窄2.需要辅助点火系统3.燃油控制反应慢4.设计和调试困难5.工作于高温燃气包围之内，机械上可靠性稍差喷嘴类型优点缺点气动喷嘴1.排气冒烟小2.出口温度分布不敏感，易控制3.不需要高的供油压力4.机械上刚固1.火焰温度范围窄2.雾化质量受气流速度影响显著，低速时，燃烧性能不良直射式喷嘴1.结构及工艺简单2.布局较易3.当相对气流速度超过100m/s，雾化质量尚好4.流动损失小5.火焰稳定范围宽6.油束穿透力强1.雾化质量差2.单个喷嘴散播面窄3.多个喷嘴（或多个孔）供油量不易保证均匀4.需要掺混段长5.容易形成积油，引起爆燃§6.3燃油雾化机理一、燃油雾化现象•燃油雾化现象•燃油雾化现象•燃油雾化过程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。单液珠在气流中的破碎过程液珠破碎条件表面张力＜气动力表面张力04df气动力22aavq如果δ=q，则：802faadv气动力表面张力定义Wedvfaa02韦伯准则数实验中发现：8＜We＜10.7：液珠只发生变形而不破碎，10.7＜We＜14：液珠开始破碎We≥14：全部液珠破碎成细小的雾珠，We，平均直径愈小二、液珠的平均直径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01Nddi2d1d022Nddi3、按油珠体积求出的平均直径3d3033Nddi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）ds23iisdddsssVVS三、液珠尺寸的分布1、数量积分分布0/NN2、重量积分分布0/WW3、液滴数量的微分分布)(0iddNdN4、液滴重量的微分分布)(0iddwdw（)(0iddVdV）积分分布：小于（或大于）给定直径的油珠所具有的质量M占油珠群总质量M0的百分数微分分布：直径在范围内的油珠质量所占有的百分数)2()2(iiiiiddddd油珠群几种典型分布Rosin-Rammler:niddMMRexp1063.2%Rddi＝P(psi)ninniidddnddddRexp)(1niddMMR693.0exp10MMDd%5Rddi0＝均匀指数Nukiyama-Tanasawa:niiibdaddddNexp)(222expydydR为常数)/ln(SMDdyi正态分布：影响雾化的主要因素1燃油及空气参数a供油压力和液体射流与空气的相对速度b空气压力c表面张力和粘性2离心喷嘴参数2incsnrrRA表现在几何特征参数：表现在几何特征参数：ARccrlinrinusinRumuUxufm空心涡加大油膜薄雾化好摩擦损失sinRuQUESTION???43