1、燃料与燃烧第八章液体燃料燃烧1、供油系统 2、供气系统3、燃烧系统第八章液体燃料燃烧1、扩散燃烧 2、非均相燃烧1、雾化2、蒸发3、掺混4、燃烧第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧1. 液体由喷嘴流出形成液柱或液膜。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，并最终分离出液体表面产生波动、褶皱，并最终分离出液体碎片或细丝。体碎片或细丝。3. 在表面张力的作用下，液体碎片或细丝收在表面张力的作用下，液体碎
2、片或细丝收缩成球形油珠。缩成球形油珠。4. 在气动力作用下，大油珠进一步碎裂。在气动力作用下，大油珠进一步碎裂。第八章液体燃料燃烧气动力表面张力第八章液体燃料燃烧22/42/udduWe油珠内压力力作用于油珠表面的气动14We油珠破碎两种力：外力：气动力、惯性力内力：表面张力、粘性力第八章液体燃料燃烧直流喷嘴离心喷嘴气动喷嘴旋转喷嘴 第八章液体燃料燃烧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、冲压发动机等第八章液体燃料燃烧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八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧1. 雾化质量高2. 排气
3、冒烟少3. 贫油熄火范围窄4. 可采用特殊的气化剂第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧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：第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧.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，流体的动量守恒，故有 ruRurumRumsinfsinf或第八章液体燃料燃烧由于空气核的存在，燃油在喷嘴出口处的实际流通面积为
4、一圆形，其值为 )(220arrf取轴向长度为1的环形微元体，其质量为 rdrudprdrurrdpff2222或frdrdm2微元体旋转时产生离心力正好与径向压力差相平衡，故有 第八章液体燃料燃烧rdrudprdrurrdpff2222或udurdrruRusinduudpf2积分得 .212constupf.constux（与r无关） 第八章液体燃料燃烧以“空穴率”表示喷孔内空气核的大小，用表示 202202201rrrrraa10rraHpHuuxfaf0222121在燃油与空气核的交界面上有 第八章液体燃料燃烧空气核界上的切向速度为 asinarRuu220inxinnrruu120i
5、nsxanrrRuu1Auuxa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 第八章液体燃料燃烧fxHAu/211122为轴向速度系数 ffxfHrrum22020ffHrm220211/1A为流量系数 第八章液体燃料燃烧0112/122A最大流量原理 2/ )1 (2A2211/1A2/第八章液体燃料燃烧雾化锥角可根据轴向速度和切向速度的大小来确定xuutg/2xmmuutg/2,81111122Atgm2/ )(0amrrr第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧设计程序：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
6、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）第八章液体燃料燃烧iiimndndd)(10或2/1220)(iiimsndndd或3/1330)(iiimvndndd或第八章液体燃料燃烧2332)(iiiidndndSMD或 大于与小于MMD的油珠质量各占50%。第八章液体燃料燃烧小于（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 直径在范围内的油珠质量所占有的百分数 )2()2(iiiiiddddd第八章液体燃料燃烧 niddMMRexp1063.2%RddiP ( psi )ninniidddnddddRexp)(1niddMMR693. 0ex
7、p10MMDd%5Rddi0均匀指数第八章液体燃料燃烧为常数、babdaddddNniiiexp)(222expydydR为常数)/ln(SMDdyi第八章液体燃料燃烧)(55. 04 . 025. 06 . 02 . 0mpmvSMDfll)(1945)(1350056. 027. 034. 0mpupFNSMDgpQFN)(1015. 32 . 04muvSMDll第八章液体燃料燃烧Twb为蒸发平衡温度（或湿球温度）第八章液体燃料燃烧drdYDmdrdYDmaaff02sasdrdYDd0 . 1faYY任意半径上：在油珠表面：022sasasssdrdYDdYvd为平衡空气向油珠内部的扩
8、散趋势而产生的一个反向的流动称为Stefan流。且有：第八章液体燃料燃烧Stefan流：aasssvYdYvd22.2constvYda022drdYDdvYdaa0drdYDvYaa第八章液体燃料燃烧在相的分界面上有物理或化学过程存在，这个过程要求表面排除或吸入净的质量流上述净质量流不能通过单纯的分子扩散来完成第八章液体燃料燃烧fssssfsfYvddrdYDdm22fffvYddrdYDdm22drdYdrdYfa22)(dvYYdvmfafffffYmdrdYDrm24)1 (42fffYdYDrdrmfffsfsYYrYYrr)1ln(4BDrmsffsffsYYYB1扩散项Stefa
9、n流项022drdYDdvYdaa第八章液体燃料燃烧 加热油珠至蒸发温度油珠蒸发加热油蒸气034)(432ddTCrhmTTCmdrdTrlllsfgflpffgwbppsfhTTCCrm)(1ln4)1ln(4TsfBDrm1LeTBB fgwbpfsffshTTCYYY)(1第八章液体燃料燃烧 0)(,ffffsfsYrrYYrr)1ln(1114BrrDmfsffsfsYYB1)1 (42fffYdYDrdrmfgbfppfsfhTTCCrrm)(1ln4111第八章液体燃料燃烧 famdrdYDr24在火焰面上：DYmrrdrmDdYffrfYaf4420DYhTTCCrmfgbfpp
10、sf)(1ln4rf的确定：第八章液体燃料燃烧 0Re*0Re)(2)(ffmNumgsgRdURe33. 05 . 0*PrRe60. 02Nu把一个真实的二维轴对称对流传热、传质问题转化为一个假想的等值球对称分子导热与扩散问题：1、不考虑蒸发和燃烧，把液滴看成只和气流有对流换热的固球2、不考虑对流的存在，只研究这个假想的有分子导热和扩散的球层内的蒸发和燃烧，从而找到蒸发和燃烧速度第八章液体燃料燃烧122ddmtf)1ln(4BdDdt)1ln(8202BDddlKdd2020d)1ln(28*202BNuDddl设任一瞬间的油珠直径为d，经过时间后直径减小d:)1ln(4BDrmsf直径平
11、方定律Kd20油珠寿命第八章液体燃料燃烧)1ln(28*202BNuDddl在强迫对流条件下： KKKKKff燃烧常数蒸发常数第八章液体燃料燃烧油雾中的每一个油珠所处的环境（温度与浓度等）随时间、空间不断变化两颗油珠体系：随着滴间距离的减小，燃烧常数先增加后减小；多油珠体系：中央燃烧常数高，四周低。1、相邻油珠释放燃烧热使周围温度增高，燃烧过程加速。2、油珠周围的氧浓度降低，引起燃烧过程减缓。第八章液体燃料燃烧预蒸发型燃烧滴群扩散燃烧复合燃烧气相燃烧加液滴蒸发第八章液体燃料燃烧雾化液滴很细，周围介质温度高或喷嘴与火焰稳定区间距离长，使液滴进入火焰区前已全部蒸发完，燃烧完全在无蒸发的气相区中进行
12、，这种燃烧情况与气体燃料的燃烧机理相同，液滴蒸发对火焰长度的影响不大。 加力燃烧室第八章液体燃料燃烧周围介质温度低或雾化颗粒较粗（或蒸发性能差），进入燃烧区时油珠基本未蒸发，只有滴群的扩散燃烧，此时反应动力学因素影响不大。 燃气轮机内燃机第八章液体燃料燃烧介于预蒸发型气体燃烧和滴群扩散燃烧之间。如较常见的喷雾液滴燃烧，因喷出的雾滴大小不均匀，其中较小的液滴在火焰区前方已蒸发完，形成预混型气体火焰，较粗的液滴到达火焰区时尚未蒸发完毕，产生滴群扩散火焰。这时蒸发因素、反应动力学因素、湍流因素都将对燃烧发生作用。火箭发动机冲压发动机第八章液体燃料燃烧部分小油珠已经蒸发完毕，另一部分液滴进入火焰区时其
13、直径已过小而着不了火，只能蒸发，因此没有滴群扩散火焰，只有部分预混的气体火焰。工业炉第八章液体燃料燃烧sn,2/330)/1 (11sddfsKd/2fsKd /20Probert滴群扩散燃烧模型：影响燃烧效率的因素：均匀油珠群：1、雾化细度2、燃烧常数3、均匀指数sd越小，后期nsfK第八章液体燃料燃烧燃油与水在少量乳化剂及乳化装置的搅拌下形成稳定、均匀的油水乳化液。1、提高燃烧效率、节约燃料2、降低污染1、油包水型HLB262、水包油型HLB1218HLB乳化剂的亲憎平衡值HLB20亲水、不溶于油HLB0不亲水、只溶于油第八章液体燃料燃烧1、二次雾化2、水的催化作用碳氢燃料在高温缺氧条件下
14、下析碳，水气对析出碳粒有催化作用：2222222222900900HCOOHCCTHCOOHCOHCOOHCCT第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧主燃烧室：把压气机增压后的空气，经过喷油燃烧提高温度，然后流向涡轮膨胀做功。加力燃烧室：利用经涡轮膨胀后燃烧室燃烧所剩余的氧气再补充喷油燃烧，提高气流温度，增加做功能力，使发动机增加推力。燃料的化学能热能机械能动能大气第八章液体燃料燃烧1、进口气流速度高，组织燃烧困难。2、燃烧室容积小，且要求在短时间内发出大量的热3、出口气流温度受到限制4、要求工作范围宽第八章液体燃料燃烧1、点火可靠点火高度：
15、89km，补氧后：1213km2、燃烧稳定不熄火不产生破坏性的振荡燃烧第八章液体燃料燃烧3、燃烧完全燃烧完全系数：ufcHmQQQ101理论放热量实际放热量燃烧效率：ufffafacHmimimimm)()(*2*2*3理论放热量加热工质的热量第八章液体燃料燃烧4、出口温度场符合要求除点火过程外，火焰不得伸出燃烧室。沿涡轮进口环形通道的圆周方向温度均匀沿叶高温度分布：第八章液体燃料燃烧5、压力损失小损失因素：摩擦损失、扩压损失、小孔进气损失、掺混损失、热阻损失等。总压恢复系数：*2*3*ppc阻力系数：2*3*221mmccpp第八章液体燃料燃烧6、尺寸小、质量轻7、排气污染少8、寿命长第八章液体燃料燃烧扩压器喷油嘴火焰筒旋流器点火器联焰管第八章液体燃料燃烧单管燃烧室环管燃烧室环形燃烧室第八章液体燃料燃烧主燃区中间区掺混区燃烧区第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧第八章液体燃料燃烧
