航天發(fā)動機燃燒室

1、航天發(fā)動機燃燒室 目目 錄錄航空和發(fā)動機燃燒室概述航空和發(fā)動機燃燒室概述燃燒室的結(jié)構(gòu)燃燒室的結(jié)構(gòu)燃燒室的分類燃燒室的分類燃燒室的工作過程燃燒室的工作過程發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢航空和發(fā)動機燃燒室概述航空和發(fā)動機燃燒室概述 燃燒室：是燃氣渦輪發(fā)動機的重要部件，其功用是把高 壓空氣與燃油混合燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，形成高溫高壓的燃?。 出口氣流溫度不能過高 進口參數(shù)變化大 待定 工作溫度高 燃燒室容積很小 進口氣流速度很大 燃燒室工作特點航空和發(fā)動機燃燒室概述航空和發(fā)動機燃燒室概述2、出口溫度場符合要求、出口溫度場符合要求1 1、點火可靠、點火可靠4 4、燃燒穩(wěn)定、燃燒穩(wěn)定3 3、燃燒完全、燃燒完全6

2、.6.尺寸小重量輕尺寸小重量輕5. 5. 壓力損失小壓力損失小8. 8. 壽命長壽命長7. 7. 排氣污染少排氣污染少對主燃燒室對主燃燒室的性能要求的性能要求航空和發(fā)動機燃燒室概述航空和發(fā)動機燃燒室概述燃燒室結(jié)構(gòu)燃燒室結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)擴壓器擴壓器 減速，增壓減速，增壓噴油嘴噴油嘴 噴油霧化噴油霧化 火焰筒火焰筒 燃燒在其內(nèi)進行燃燒在其內(nèi)進行 點火器點火器 啟動點火啟動點火 旋流器旋流器 形成回流區(qū)，火焰穩(wěn)定器形成回流區(qū)，火焰穩(wěn)定器聯(lián)焰管聯(lián)焰管 點燃沒有點火器的其他火焰筒點燃沒有點火器的其他火焰筒分管形燃燒室是較老式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在用的較少，其他形式燃燒室是在該基礎(chǔ)上發(fā)展而來。點擊隨著技術(shù)發(fā)展近來

3、已有許多大型燃氣輪機開始采用環(huán)形燃燒室，帶單獨頭部的環(huán)形燃燒室主要用在航空發(fā)動機。環(huán)管形燃燒室較多用在能源等大型渦輪發(fā)動機上，目前在燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中使用的燃氣輪機大多數(shù)采用環(huán)管形燃燒室。環(huán)管燃燒室環(huán)形燃燒室分管燃燒室燃燒室的分類燃燒室的分類 由若干個管式燃燒室組成一個整體的燃燒室稱為分管形燃燒室由若干個管式燃燒室組成一個整體的燃燒室稱為分管形分管形燃燒室燃燒室一般燃氣輪機有六個至十幾個燃燒室，由于各燃燒室相互獨立，故稱為分管形燃燒室。圖示為有10個單獨燃燒室的分管形燃燒室。燃燒室的結(jié)構(gòu)燃燒室的結(jié)構(gòu)燃燒室的分類燃燒室的分類 環(huán)管形燃燒室只有一個整體的燃燒室，在本例中燃氣輪機的外壁就是燃

4、燒室的外壁，在燃燒室內(nèi)有若干個火焰筒（包括過渡段）繞燃氣輪機主軸排列燃燒室的分類燃燒室的分類燃燒室的分類燃燒室的分類 燃料（燃油或天然氣）通過燃燒室端部燃料入口進入，由燃燒器噴嘴噴入火焰筒，噴入的天然氣與壓氣機壓入的高壓空氣在燃燒室火焰筒里混合燃燒。燃燒使氣體溫度劇烈上升，膨脹的高溫高壓燃氣從過渡段噴出，進入透平做功 全環(huán)形燃燒室只有一個整體的環(huán)形燃燒室空間，也只有一個環(huán)形火焰筒燃燒室的分類燃燒室的分類在環(huán)形燃燒室空間內(nèi)有火焰筒，火焰筒也是環(huán)形結(jié)構(gòu)，火焰筒前方圓周有多個孔是空氣入口（安裝渦流器位置），火焰筒環(huán)形出口對向渦輪葉片 帶單獨頭部的環(huán)形燃燒室與環(huán)形燃燒室僅火焰筒不同，其結(jié)構(gòu)相當(dāng)一個短全

5、環(huán)形燃燒室前端接數(shù)個單管火焰筒的頭部燃燒室的分類燃燒室的分類燃燒室的分類燃燒室的分類燃燒室工作過程燃燒室工作過程1 1、燃燒室氣流流型、燃燒室氣流流型在燃燒室內(nèi)建立適當(dāng)?shù)臍饬髁餍褪墙M織燃燒的基礎(chǔ)。滿足要求：滿足要求：產(chǎn)生回流區(qū)，確保可靠點火，火焰穩(wěn)定及燃燒完全；能促進燃油與空氣混合，形成所需要的濃度場；在壁面形成保護氣膜，使壁溫在允許的范圍內(nèi)；通過摻混、降溫形成所要求的出口流場和溫度場。 燃燒室工作過程燃燒室工作過程 旋流器旋流器：在裝有旋流器的燃燒室中，少量空氣形成了氣體的回流。 氣流的軸向速度分布氣流的軸向速度分布：形成順流區(qū)、逆流區(qū)、過渡區(qū)。 過渡區(qū)：形成氣流速度等于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臈l件，

6、既滿足火焰穩(wěn)定的條件。速度梯度大，紊流強度大，發(fā)生著強烈的穩(wěn)流質(zhì)量交換的過程，提供了不斷流向火焰筒前端的高溫燃氣，這促使燃料迅速蒸發(fā)，并保證新鮮混氣被不斷點燃。 主燃孔主燃孔：將空氣導(dǎo)入火焰筒前部參加燃燒過程。由于空氣的進入流速較高，因此在每一主燃孔處均形成一氣柱狀射流。阻止旋流器下游氣流的旋轉(zhuǎn)，使回流區(qū)截止在主燃孔所在的截面附近。 氣膜孔氣膜孔：形成保護氣膜，使壁溫在容許的范圍內(nèi)。 補燃孔及摻混孔補燃孔及摻混孔：以柱狀射流的形式進入火焰筒，經(jīng)過摻混、降溫形成所要求的出口溫度場。2 2、燃燒室中的燃料分布、燃燒室中的燃料分布 燃料噴出后，形成一錐形空心油膜，迅速擴大變薄而破裂成細小的油珠群，同

7、時穿出回流區(qū)進入紊流度很大的過渡區(qū)，其中大油珠可以穿到順流區(qū)，而最小的油珠則可能被回流區(qū)的氣流帶走。在強烈的紊流換熱和換質(zhì)的條件下，油珠不斷蒸發(fā)并與不斷進入火焰筒頭部的新鮮空氣強烈混合，形成適宜于燃燒的新鮮混氣。 燃料在火焰截面上呈非均勻分布，大部分集中在油霧錐面附近，在離開油霧錐面的地方，燃料濃度迅速減小，而余氣系數(shù)與之相反。燃料分布不均勻使燃燒室內(nèi)燃燒在各種突變情況下保持穩(wěn)定。 燃燒室工作過程燃燒室工作過程3 3、燃燒室燃燒過程、燃燒室燃燒過程點火器點燃過渡區(qū)內(nèi)的可燃氣體，形成火焰焰鋒，邊燃燒邊向下流動，其中一部分進入逆流區(qū)。逆流區(qū)充滿高溫燃燒產(chǎn)物，一方面可作為高溫點火源，另一方面為液體燃料蒸發(fā)提供熱量。回流的高溫燃氣逆流到噴嘴附近，將剛噴進來的燃料蒸發(fā)，并從旋流器進入的空氣迅速摻混，形成軸對稱分布的可燃混合氣濃度分布，當(dāng)可燃混合氣經(jīng)過渡區(qū)固定點火源時，被點著形成火焰焰鋒。從主燃孔導(dǎo)入二股空氣，一部分向主燃區(qū)補充新鮮空氣，一部分截