双油路离心喷嘴雾化特性研究

发布时间：2020-05-27 09:08

【摘要】：液体燃料的雾化对于航空发动机燃烧室是一个至关重要的过程,是解决航空发动机燃烧室问题的关键技术之一。目前航空发动机燃烧室广泛采用的双油路离心喷嘴,既扩大了单油路离心喷嘴的燃油流量调节范围,又保证了雾化质量、点火性能和宽广的贫油熄火范围。本文以双油路离心喷嘴为研究对象,采用理论分析、试验研究以及数值模拟方法,系统深入地对双油路离心喷嘴流量系数、雾化锥角、流量周向分布及内、外流场变化等雾化特性开展了研究,为双油路离心喷嘴的设计提供了理论支撑。本文设计并搭建了具备定时控制、精准调节的高压双油路离心喷嘴雾化系统,通过雾化系统展开了工况参数以及不同工作模式对双油路离心喷嘴雾化特性的影响规律研究。试验结果表明流量和雾化锥角均随着进出口压降的增大而增大,但增幅逐渐减缓。主、副油路同时工作时油路薄膜受到卷吸作用或主、副油路液膜相互作用形态的影响,造成雾化角小于主油路单独工作时的雾化锥角。结合理论推导和试验数据提出了双油路离心喷嘴半经验关系式。采用LBM数值模拟方法研究工况参数和几何结构对于双油路离心喷嘴内、外流场的影响。数值模拟结果发现双油路离心喷嘴主、副油路薄膜存在三种不同相互作用状态:交汇状态、碰撞状态及分离状态。主、副油路进出口压降、主油路喷口长度及主油路收敛角变化会引起主、副油路薄膜相互作用的状态变化,且不同相互作用状态对薄膜厚度、破碎长度,雾化角等雾化特性参数存在显著的影响。为了方便工程设计应用,基于UG8.0二次开发平台,结合试验与数值模拟获取的雾化特性规律,开发了实现自动进行喷嘴建模及雾化特性分析的喷嘴设计平台。
【图文】：

示意图,气液交界面,函数值,网格单元

当网格单元中函数值为１时，则代表网格单元充满液体；而网格单元中函逡逑数值为０时，则代表网格单元中不存在气体。网格单元中函数值处于０和１之间逡逑则代表包含一个自由表面，如图１．１所示。其中ＶＯＦ函数满足对流方程，函数逡逑场随着时间演化关系如下：逡逑－邋＋邋Ｖ－（ｕＦ）＝０逦（１－１）逡逑ｄｔ逡逑其中《为流体速度场。ＶＯＦ的函数Ｆ除了定义网格单元是否包含边界外，还逡逑包括定义网格单元中流体位置。其中函数值变化最快方向即是边界的法线方向。逡逑当已知边界网格单元中的法线方向和函数值时，可以重构处一个被直线切割的网逡逑格单元来近似边界。因此ＶＯＦ方法提供了一种简单高效的二维或三维的自由边逡逑４逡逑

示意图,离心喷嘴,油路,示意图

相同的变化。逡逑国内２０１１年国防科大刘娟等人基于ＶＯＦ模型对单油路离心喷嘴的内部流逡逑动过程以及出口雾化特性进行了研究分析［２７？２８１，模型如图１．２所示。由于湍流模逡逑型基于壁面粘性计算不准确以及喷嘴加工存在部分误差，因此文中数值模拟结果逡逑与试验结果相对比数值略小，但是具有相同的变化趋势。在分析离心喷嘴的流动逡逑过程中发现喷嘴收敛段的长度对于总压有着积极显著的影响。旋流室长度的增大逡逑会引起流量系数以及雾化锥角增加，，而增大喷嘴出口扩张角则会造成出口速度增逡逑大，从而形成较薄的薄膜厚度和较小的雾化锥角。另外数值模拟表明喷口长度变逡逑化对于雾化角薄膜厚度没有显著影响。逡逑１．逦＾＾逦ｈ逡逑｜邋旋酿邋》！逦＿逦｜逦ｉｌｌ逡逑ｔｉ邋１邋■逦：：一一一＇逦．邋＊逡逑＃逦ｌｉ逦“逡逑收敛段逦喷口逦扩张段逡逑图１．２国防科大单油路离心喷嘴示意图—逡逑２０１５年刘国库等人采用ＲＮＧ逦湍流模型以及ＶＯＦ模型研究几何结构变逡逑化对于离心喷嘴的影响［２９］。数值模拟计算结果表明无量纲参数旋流室直径与出逡逑口直径比的的增大会造成薄膜厚度和雾化锥角的下降；而旋流室长径比以及喷口逡逑长径比的增大会导致出口雾化锥角的减小，但是前者使得薄膜增厚而后者则相反。逡逑６逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V231.2

【参考文献】