[发明专利]一种离心喷嘴固有声学频率的计算方法

说明书

本发明公开了一种离心喷嘴固有声学频率的计算方法，所述方法包括如下步骤：根据喷注器中预设的氧化剂和燃料的质量流量比和预设燃烧室压力得到气涡中气体的组分和温度；根据单个离心喷嘴的流量得到锥形液膜厚度，根据锥形液膜厚度得到破碎前锥形液膜长度L_b和液膜半锥角余弦值cosα，根据破碎前锥形液膜长度L_b和液膜半锥角余弦值cosα得到破碎前锥形液膜轴向长度Δl；根据气涡中气体的组分、温度和预设燃烧室压力得到气体声速c；根据破碎前锥形液膜轴向长度Δl、气体声速和预设的离心喷嘴的轴向长度得到离心喷嘴固有声学频率。本发明可快速高效的指导离心喷嘴优化设计。

技术领域

本发明属于燃烧技术领域，尤其涉及一种离心喷嘴固有声学频率的计算方法。

背景技术

离心喷嘴因其具有良好的雾化效果在航空航天、热能工程等领域得到广泛应用。离心喷嘴工作过程中，通过切向孔或涡流器对液体起旋使液体贴壁旋流形成液膜，在离心喷嘴中央形成空心气体旋涡，流出喷嘴后的液膜切向速度逐渐转化为径向速度，液膜厚度逐渐减小，液膜扩张形成锥形液膜，当扰动波振幅大于液膜厚度时液膜发生破碎。气涡与燃烧室直接相连，因此离心喷嘴声学特性直接与燃烧室声学稳定性相关联。

研究结果表明，离心喷嘴气涡对整个燃烧系统稳定性存在正反两方面影响。负面影响在于外部扰动传入气涡时，可能引起气涡产生声学共振，导致离心喷嘴产生流量压力脉动，对雾化燃烧有不利影响。正面影响在于离心喷嘴相当于四分之一波长管，可吸收燃烧室中的声能，合适几何结构的离心喷嘴可抑制高频不稳定燃烧。

目前在离心喷嘴设计过程中，缺乏离心喷嘴固有声学频率计算方法，直接采用四分之一波长管固有频率计算公式计算离心喷嘴固有声学频率计算公式误差较大，如某离心喷嘴采用上述公式计算得到离心喷嘴固有声学频率为4025Hz，仿真结果得到实际离心喷嘴固有频率为3497Hz，误差为15.1％，无法有效指导离心喷嘴结构设计。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种离心喷嘴固有声学频率的计算方法，可快速高效的指导离心喷嘴优化设计。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种离心喷嘴固有声学频率的计算方法，所述方法包括如下步骤：(1)根据燃烧室的直径和相邻离心喷嘴的预设的间距得到离心喷嘴的数量，根据预设总流量和离心喷嘴的数量得到单个离心喷嘴的流量；根据喷注器中预设的氧化剂和燃料的质量流量比和预设燃烧室压力得到气涡中气体的组分和温度；(2)根据单个离心喷嘴的流量得到锥形液膜厚度，根据锥形液膜厚度得到破碎前锥形液膜长度L_b和液膜半锥角余弦值cosα，根据破碎前锥形液膜长度L_b和液膜半锥角余弦值cosα得到破碎前锥形液膜轴向长度Δl；(3)根据气涡中气体的组分、温度和预设燃烧室压力得到气体声速c；(4)根据破碎前锥形液膜轴向长度Δl、气体声速和预设的离心喷嘴的轴向长度得到离心喷嘴固有声学频率。

上述离心喷嘴固有声学频率的计算方法中，在步骤(1)中，预设的间距为3-18mm。

上述离心喷嘴固有声学频率的计算方法中，在步骤(1)中，气体的组分包括水蒸气、氢气和氧气。

上述离心喷嘴固有声学频率的计算方法中，在步骤(1)中，温度为700-800K。

上述离心喷嘴固有声学频率的计算方法中，在步骤(2)中，锥形液膜厚度通过如下公式得到：

其中，δ为锥形液膜厚度；d₀为离心喷嘴出口直径；l为离心喷嘴轴向长度；为液体质量流量；μ_l为液体粘度；ρ_l为液体密度，ΔP为离心喷嘴压降。

上述离心喷嘴固有声学频率的计算方法中，在步骤(2)中，破碎前锥形液膜长度L_b通过如下公式得到：