[发明专利]一种预膜型贫油直喷空气雾化喷嘴

说明书

本发明公开了一种预膜型贫油直喷空气雾化喷嘴，采用将燃油预先展开成膜和空气辅助雾化的方法，实现对燃油的快速雾化。由直射式燃油喷嘴、中心通道、预膜管切向入射通道、预膜管、轴向旋流器和带有喉道的套筒构成：燃烧所需空气可以分别从中心通道、预膜管以及轴向旋流器中通过，这三者的有效面积占单元喷嘴总有效面积的百分比分别为：3％‑5％、7％‑15％和80％‑90％。由于旋流器通过的空气量大，两股旋流混合后形成为与轴向旋流器方向一致的单一方向旋流。旋流会在喷嘴下游形成回流区，利用高温燃烧产物加热新鲜混合物实现稳定燃烧。中心通道通有少量气流，可以防止旋流形成的回流深入到喉道的上游。

技术领域

本发明涉及一种旋流雾化喷嘴，特别涉及一种预膜型贫油直喷空气雾化喷嘴。

背景技术

在航空发动机中，提高NOx排放性性能主要是通过降低燃烧的反应温度和停留时间来实现的，但同时也需要考虑CO、UHC的排放水平。因为在常见燃烧室中，通常是通过增加燃烧温度，同时利用空气旋流形成的回流区延长停留时间，来提高燃烧效率，减少CO、UHC等污染物的排放。而降低NOx污染物的生成，则需要减少停留时间、降低反应温度。因此，设计一种能在保证燃烧室稳定以及效率较高的同时减少NOx生成的燃烧室设计方案，是目前研究的热点。对于采用贫油燃烧来降低污染物生成的航空发动机燃烧室，燃油和空气混合的均匀程度是减少局部高温区达到减排目标的关键因素。贫油预混预蒸发燃烧技术(LPP)在近几十年来受到了许多的关注和研究，并且成功实现了减少了NOx的排放量的目标。然而，为了增加航空发动机的工作效率，其增压比正在不断地提高，这也意味着燃烧室进口温度和压力也在升高，这极大地缩短了燃油着火延迟时间，LPP燃烧室技术中的自燃和回火成为了亟待解决的问题。与此同时，根据一些研究可知LPP低污染燃烧室更易与激发燃烧室中的热声振荡。研究人员为了克服LPP技术的缺点开展了许多相关研究以及技术的改进。在这其中，贫油直接喷射技术(LDI)通过直接向燃烧室中喷射燃油的方法，巧妙地避免了这些问题的出现。自燃问题使得LPP燃烧室不能够在下一代高压比航空发动机上的继续应用，这也使人们的目光开始转向LDI这种新的燃烧组织方式。

贫油直接喷射(LeanDirectInjection,LDI)燃烧技术是直接将燃油与空气直接喷射到燃烧室中进行燃烧。由于其不存在预混预蒸发的过程，所以避免了自燃和回火问题。但是如何能够快速地使空气与燃料均匀混合，是这类技术减排的关键，这也对燃油喷射结构的能力提出了更高的要求。LDI低排放燃烧室必须能够使燃油在进入燃烧室、未燃烧前实现快速雾化、蒸发并与空气混合，这样才可以避免在燃烧室内出现局部高温区，实现与LPP相同的排放水平。目前LDI低排放燃烧室主要有两种结构形式，一种是采用中心分级的多旋流LDI燃烧室，另外一种在是拥有多个单元喷嘴的多点喷射LDI燃烧室。

多点喷射LDI燃烧室用多个喷嘴阵列式排布的形式取代了传统的大旋流器结构，将燃油分布到每个小喷嘴中再直接喷射到燃烧室中。这样大大增加了燃油与空气的接触面积，促使燃油与空气快速的混合成均匀的贫油状态，从而降低燃烧温度，抑制NOx的生成。而每一个小喷嘴采用旋流稳火的方式，其形成的回流区则较传统的旋流器形成的回流区更小，减小了火焰长度燃烧停留时间，也可以有效的减少NOx的生成。

LDI单元喷嘴是多点喷射LDI燃烧室的基本组成单元，是燃烧室实现贫油低污染燃烧最关键的部件，单元喷嘴的燃油雾化及快速混合技术性能直接决定燃烧室的排放水平，是关键性的技术难题。因此，本发明针对LDI燃烧室的这种需求，设计了一种能够实现快速、均匀雾化的单元喷嘴。

发明内容