航空发动机燃油喷射的喷雾动力学

      飞机发动机的效率和排放的优化产生了分级燃烧器。为了开发满足分级燃烧要求的燃料喷嘴,必须获得关于燃烧器主要区域中的燃料分布和均匀性的详细且可靠的信息。在真实发动机条件下对燃料喷嘴进行详细和系统的研究涉及高成本和诊断风险。 降低开发成本的需要尽可能简化测试程序。在冷燃料喷雾的情况下,可以在一定程度上避免昂贵的高压测试。下面描述了在模拟压力条件下对航空发动机的燃料喷射器的喷雾动力学的成功研究。

光学配置

       作为判断喷雾中的燃料均匀性的主要测量参数,液滴直径的功率从属性对大液滴的尺寸测量非常敏感。另一方面,需要小的测量体积以避免一次在测量体积中存在多于一个的粒子。然而,小的测量体积增加了由于高斯光束效应导致的错误测量的可能性。

       因此,使用分量DualPDA进行测量。表1给出了系统的光学配置。

图1:大气条件下的索太尔平均直径(左)和轴向质量流量(右)

喷雾设施

       使用由DLR设计和制造的预成型空气喷射旋流雾化器,其配备有内轴旋流器和外径向旋流器。将雾化器放置在管状限制区中以实现与燃烧器主区的近场雾化器所需的流场相似性。在所有测量中使用煤油作为雾化液体。

横向移动系统

       DualPDA系统的光学发射和接收探头安装在稳定的横向系统上,这使得测量点几乎可以放置在喷雾锥的任何位置。

压力和温度

       所有测量均在大气压和环境温度下进行。为了模拟真实发动机中的压力条件,即达到高喷雾密度,雾化器两端的压降增加,空燃比降低。

测量结果

       两种测试案例(大气压和模拟压力)测得的索太尔平均直径(SMD)和轴向质量流量如图1和图2所示。模拟压力下颗粒惯性引起的液滴强烈径向分离可以被清楚地看到。有关流体动力学效应的详细讨论,请参阅:Behrendt,Hassa,“在大气和模拟压力条件下研究航空发动机燃料喷射器的喷雾动力学”,AGARD-CP-598,论文5,于1997年10月在布鲁塞尔AGARD PEP研讨会上发表。

表1:光学配置

激光功率:

1.5W Ar-ion

发射探头:

85 mm FiberFlow (二维)
60 mm FiberFlow (一维)

接收探头:

三维DualPDA

焦距:

发射焦距:310mm

接收焦距:310mm

散射角

40°

偏振方式

平行

图2:模拟压力条件下的索太尔平均直径(左)和轴向质量流量(右)

结论

       3D DualPDA系统成功用于详细研究空气雾化器近场中极其复杂的流动,在大气条件和模拟压力条件下,存在非常密集的喷雾。

 

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