非流阻蒸汽蒸發(fā)式穩(wěn)定器低壓性能試驗研究

非流阻蒸汽蒸發(fā)式穩(wěn)定器低壓性能試驗研究

1駐潮蒸發(fā)式穩(wěn)定器性能的改進這種類型的滑動式電阻計具有低流量損失和良好的燃燒性能，在中國現(xiàn)行電機的加力燃燒室中得到了成功應用。在常規(guī)沙丘駐渦穩(wěn)定器的基礎上,發(fā)展沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器,把沙丘駐渦穩(wěn)定器與蒸發(fā)式穩(wěn)定器結合到一起,進一步提高穩(wěn)定器的總體性能,不僅對我國發(fā)動機研制有重大應用價值,而且對穩(wěn)定器發(fā)展亦會產(chǎn)生深遠的影響。本項研究探討沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器能否像V型蒸發(fā)式穩(wěn)定器那樣,可以把穩(wěn)定器低壓下的點火及火焰穩(wěn)定性能大大提高,其總體性能能否高于V型蒸發(fā)式穩(wěn)定器,并就如何進一步提高沙丘駐渦蒸發(fā)式的低壓性能提出了一些建議與措施。目前,尚未見此方面的研究報道。2沙區(qū)穩(wěn)定器基本結構流阻試驗在常壓下進行,氣源由流量3360m3/h的風機供給,穩(wěn)定器進、出口總壓用單點皮托管和U型水柱壓力計測量。點火及火焰穩(wěn)定試驗在低壓下進行,氣源由3臺流量為0.4kg/s壓氣機提供,試驗段的低壓通過4臺75kW的真空泵抽氣達到。氣流經(jīng)壓氣機、流量計、分流段、加溫器、摻混段、試驗段、冷卻段,最后從真空泵排出。試驗段進氣溫度為773K,點火采用3J的高能電嘴。試驗段為100mm×150mm的矩形,側(cè)面安裝石英玻璃窗,以觀察火焰。沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器的基本結構如圖1所示。穩(wěn)定器表面有16個進氣孔,主流從表面進氣孔進入穩(wěn)定器,并從穩(wěn)定器內(nèi)壁與蒸發(fā)盤形成的狹縫流出。狹縫寬約1.5mm～2.0mm。蒸發(fā)盤為夾層,呈弧形,氣流與燃油從進氣口進入,由蒸發(fā)盤后表面上的兩圈出氣孔噴出。出氣孔共30個,其中內(nèi)圈10個,外圈20個。3試驗結果與分析3.1不同結構的穩(wěn)定器總壓損失常規(guī)沙丘駐渦穩(wěn)定器流阻損失低,是由其特殊的型面形成的理想流場決定的。原型沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器在型面上開了許多不同目的的進氣孔,主流被引入到穩(wěn)定器內(nèi),這對穩(wěn)定器的流場必定產(chǎn)生影響。表1表明原型沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器在不同堵孔條件下的總壓損失系數(shù)(ξ=(p?inˉˉˉˉ?p?outˉˉˉˉˉ)/(0.5ρV2inˉˉˉˉˉ)(ξ=(pin*ˉ-pout*ˉ)/(0.5ρVin2ˉ),(下標in表示穩(wěn)定器上游,out表示下游)及相對于常規(guī)沙丘駐渦穩(wěn)定器總壓損失增大的百分比Δξ/ξ。從表1可知:常規(guī)沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器(堵全部孔)的總壓損失最小,其總壓損失系數(shù)為0.275;原型沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器(不堵孔)的總壓損失系數(shù)比常規(guī)沙丘的增加了3.5%,而從穩(wěn)定器上不同孔進入的氣流對總壓損失的影響是不同的,由蒸發(fā)盤進氣口進入穩(wěn)定器內(nèi)部的氣流對穩(wěn)定器總壓損失的影響最大。這是由于蒸發(fā)盤內(nèi)圈的出口氣流恰好噴入穩(wěn)定器回流區(qū)的逆流區(qū),如圖2所示,破壞了原穩(wěn)定器的理想流場,增加了流阻。由穩(wěn)定器進氣孔進入的氣流沿狹縫貼壁流動,削弱了主流的卷吸能力,穩(wěn)定器的總壓損失應相應減少。試驗結果恰恰相反,這說明這股氣流存在的橫向流動對穩(wěn)定器縱向截面的回流區(qū)有破壞作用,從而增加了總壓損失。盡管穩(wěn)定器的進氣孔及蒸發(fā)管不同程度地增加了穩(wěn)定器的總壓損失,但穩(wěn)定器總的總壓損失并非兩者的疊加,反而比單獨從蒸發(fā)管進氣時的總壓損失小,這說明狹縫氣流對蒸發(fā)管的出口氣流有卷吸作用,因此削弱了蒸發(fā)管的氣流對原沙丘特殊流場的破壞。3.2穩(wěn)定器的點火與火焰穩(wěn)定性改型后的改型原型沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器的噴油管直徑為2mm,試驗發(fā)現(xiàn),在氣流壓力為0.08MPa,速度為90m/s,貧油點火點燃后很快又熄火。這是由于噴油管直徑太大,噴油壓力低,霧化效果差,加上蒸發(fā)盤處于冷態(tài),燃油蒸發(fā)效果不好,這時需要噴入更多的燃油才能成功點火。而著火后,蒸發(fā)盤內(nèi)剩余的燃油吸熱蒸發(fā),使蒸發(fā)管出口油氣過富而熄火。用直徑為0.8mm噴油管代替2mm的噴油管,穩(wěn)定器的點火與火焰穩(wěn)定性得到改善,試驗結果如表2。由表2可知,原型沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器在壓力0.08MPa、速度90m/s工況下,具有一定的點火范圍及火焰穩(wěn)定范圍,但在壓力為0.06MPa時,富油點火困難?？紤]到原型沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器從蒸發(fā)管流出的氣流正好處于回流區(qū)的逆流區(qū),對流場的破壞性較大,因此對原型沙丘的結構作了一些改變,把蒸發(fā)盤內(nèi)圈10個孔堵死,外圈孔相應擴大,改進后的穩(wěn)定器稱為改型沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器,試驗結果如表3。比較改型沙丘與原型沙丘的試驗結果不難發(fā)現(xiàn),改型后的沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器的點火與火焰穩(wěn)定特性明顯改善,在壓力為0.08MPa及0.06MPa都具有較寬的點火與火焰熄火范圍,且在壓力0.05MPa時,貧油點火亦能成功。由于改型沙丘堵住了蒸發(fā)管的內(nèi)孔,從而保存了原穩(wěn)定器形成的理想流場,同時加大了外圈的出氣孔,使蒸發(fā)管流出兩相混氣噴入速度較高的狹縫氣流附近,使油珠的二次霧化、摻混大大改善。基于以上兩個因素,改型沙丘的點火及火焰穩(wěn)定性得以大大提高。改型沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器尚不夠完善,但其在壓力0.06MPa以上的點火與火焰穩(wěn)定性能已優(yōu)于V型蒸發(fā)式穩(wěn)定器,如表4。若進一步加以改進,其總體可能會超過V型蒸發(fā)式穩(wěn)定器。4丘駐潮蒸發(fā)器方案研究(1)與常規(guī)沙丘穩(wěn)定器相比,沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器總壓損失增加,低壓點火及火焰穩(wěn)定性能降低,是由于引入穩(wěn)定器內(nèi)的氣流干擾回流區(qū)及燃油霧化蒸發(fā)和摻混惡化造成的。(2)試驗結果表明,改型沙丘駐渦蒸發(fā)器方案可行,可以大幅度提高沙丘駐渦蒸發(fā)式穩(wěn)定器的性能,并在一定程度上優(yōu)于V型蒸發(fā)式穩(wěn)定器。(3)改型沙丘駐渦蒸發(fā)試驗穩(wěn)定器尚需進一步完善:(a)將蒸發(fā)盤出氣孔移到盤的邊緣,使射出的氣流以一定角度向兩側(cè)噴射,并與狹縫貼壁流相交,這有利于加強回流強度,改善燃油二次霧化和摻混。(b)蒸發(fā)盤出氣孔及穩(wěn)定器表