● 摘要
高热容(高温升)液雾燃烧系统面临三大技术挑战,即拓宽稳定工作范围、改善出口温度分布及火焰筒耐热,本文对前两项技术挑战展开了燃烧试验及理论方面的详细研究。燃烧试验包括燃烧稳定工作范围试验(慢车状态贫油熄火试验,大功率状态下的冒烟试验),燃烧室出口温度分布试验,以及燃烧室进口参数对贫油熄火油气比的影响试验,机理理论研究包括燃烧室主燃区冷态流场测量试验和燃油雾化试验。根据高热容液雾燃烧基本矛盾的分析,提出了三旋流杯及双油路复合式喷嘴(离心喷嘴与气动雾化喷嘴组合)的解决方案,同时还提出了单油路预膜式气动雾化喷嘴及三级旋流杯的方案。对各个方案进行了上述燃烧性能试验和机理性试验。经单头部及三头部燃烧试验器的试验结果表明,本文提出的双油路复合喷嘴配合三级旋流器头部组合方案很好的解决了贫油熄火和冒烟两个互相矛盾的燃烧性能,大大拓宽了燃烧稳定工作范围,同时设计点时不可见冒烟,解决了高热容液雾燃烧三大关键技术之一。其中慢车状态的贫油熄火油气比比当前水平降低了17%。同时该方案还大大降低了燃烧室出口温度分布系数,解决了高热容液雾燃烧另一关键技术。因此经过试验证明双油路复合喷嘴配合三级旋流器头部组合方案是合理可行的,稳定工作范围及出口温度分布均有较大幅度的改善。机理性试验帮助深入理解高热容液雾燃烧的基本气动热力规律,解释高热容液雾燃烧的关键技术的机理。本文还经过参数影响的试验研究及基础机理性研究,说明了Lefebvre慢车工况贫油熄火经验关系式以化学动力学为基础来预估慢车工况的贫油熄火油气比是有不足之处的。同时对贫油熄火经验关系式进行探索性研究,初步提出了本文的贫油熄火经验关系式,利用该经验关系式预估的贫油熄火油气比与试验结果符合较好。
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