● 摘要
摘 要 本项课题主要设计了双轴向、双径向和轴径向三种旋流杯结构，针对每一种结构，考虑了一、二级旋流器结构参数，文氏管和主燃孔布局的影响；对三种头部的不同设计的方案，进行主燃区冷态流场和浓度场试验。研究离心喷嘴副油路的喷雾特性；对于三种头部的设计方案，研究了火焰筒头部的喷雾特性，对每种结构的余气系数、结构参数等对喷雾特性的影响进行了比较分析，得到了一些有益的结论，并建立了相关数据库。 火焰筒流场试验结果表明：在火焰筒头部存在中心回流区，主燃孔射流显著缩短了回流区的长度，并且流场向下游发展时回流区的变化是一个逐渐压扁的过程；一、二级旋流器的结构参数对流场有较大影响；主燃孔的排列方式影响回流区尾部的形状，而轴向位置影响着回流区的长度；文氏管的微小变化对火焰筒头部流场的影响并不明显；三种旋流器结构头部的三维速度分布规律和流场结构非常相似，但回流区尺度大小有一定差别，轴径向旋流器头部的宽度最大，双径向次之，双轴向最小，对于燃烧性能的影响需要结合雾化特性和热态试验综合分析。 火焰筒头部的喷雾试验结果表明：与离心喷嘴相比，火焰筒头部的燃油平均直径较小，空间分布更均匀， SMD细小，沿径向分布均匀，能够获得很好的雾化性能。液雾的SMD和浓度分布体现了空心锥喷雾的特点，余气系数的增大，对液雾的速度场的影响很小，对液雾SMD的分布影响并不显著，线平均SMD略微减小，对燃油通量的分布影响也很小，因此，燃油的雾化和浓度分布主要由气相流场决定。一/二级旋流器面积比增大时，SMD有减小的趋势，而且分布平缓，有利于改善雾化质量。一级旋流器面积增加有利于改善燃油雾化，二级旋流器面积的增加，也是有利于燃油雾化，但其影响比A1对雾化的影响要小。一、二级旋流器的旋流数的变化对雾化的影响不明显，需要进一步验证。文氏管直径增大使雾化有所改善，但文氏管喉道位置的前移，使SMD分布范围变宽，均匀性变差。双轴向、双径向、轴径向三种旋流器结构头部的燃油SMD的分布规律是基本一致的，但其雾化性能也有所不同，双轴向旋流器头部的雾化最好，轴径向次之，双径向旋流器头部的雾化最差，这是由于双轴向旋流器组合头部比轴径向和双径向旋流器组合头部具有更大的轴向速度，因此雾化质量较好一些。三种头部的基准结构时的无量纲浓度分布很相似。 同时，文中也分析试验中存在的问题和改进措施，并指出了今后的研究方向。关键词：流场，雾化，喷雾，旋流杯，主燃孔，燃烧室，PDA