[發明專利]一種預膜型貧油直噴空氣霧化噴嘴

有效

• 申請號: 201710434843.6
• 申請日: 2017-06-10
• 公開（公告）號: CN107289460B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 林宇震;陳啟典;王志超;張弛;王建臣
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種預膜型貧油直噴空氣霧化噴嘴，采用將燃油預先展開成膜和空氣輔助霧化的方法，實現對燃油的快速霧化。由直射式燃油噴嘴、中心通道、預膜管切向入射通道、預膜管、軸向旋流器和帶有喉道的套筒構成：燃燒所需空氣可以分別從中心通道、預膜管以及軸向旋流器中通過，這三者的有效面積占單元噴嘴總有效面積的百分比分別為：3％?5％、7％?15％和80％?90％。由于旋流器通過的空氣量大，兩股旋流混合后形成為與軸向旋流器方向一致的單一方向旋流。旋流會在噴嘴下游形成回流區，利用高溫燃燒產物加熱新鮮混合物實現穩定燃燒。中心通道通有少量氣流，可以防止旋流形成的回流深入到喉道的上游。

技術領域

本發明涉及一種旋流霧化噴嘴，特別涉及一種預膜型貧油直噴空氣霧化噴嘴。

背景技術

在航空發動機中，提高NOx排放性性能主要是通過降低燃燒的反應溫度和停留時間來實現的，但同時也需要考慮CO、UHC的排放水平。因為在常見燃燒室中，通常是通過增加燃燒溫度，同時利用空氣旋流形成的回流區延長停留時間，來提高燃燒效率，減少CO、UHC等污染物的排放。而降低NOx污染物的生成，則需要減少停留時間、降低反應溫度。因此，設計一種能在保證燃燒室穩定以及效率較高的同時減少NOx生成的燃燒室設計方案，是目前研究的熱點。對于采用貧油燃燒來降低污染物生成的航空發動機燃燒室，燃油和空氣混合的均勻程度是減少局部高溫區達到減排目標的關鍵因素。貧油預混預蒸發燃燒技術(LPP)在近幾十年來受到了許多的關注和研究，并且成功實現了減少了NOx的排放量的目標。然而，為了增加航空發動機的工作效率，其增壓比正在不斷地提高，這也意味著燃燒室進口溫度和壓力也在升高，這極大地縮短了燃油著火延遲時間，LPP燃燒室技術中的自燃和回火成為了亟待解決的問題。與此同時，根據一些研究可知LPP低污染燃燒室更易與激發燃燒室中的熱聲振蕩。研究人員為了克服LPP技術的缺點開展了許多相關研究以及技術的改進。在這其中，貧油直接噴射技術(LDI)通過直接向燃燒室中噴射燃油的方法，巧妙地避免了這些問題的出現。自燃問題使得LPP燃燒室不能夠在下一代高壓比航空發動機上的繼續應用，這也使人們的目光開始轉向LDI這種新的燃燒組織方式。

貧油直接噴射(LeanDirectInjection,LDI)燃燒技術是直接將燃油與空氣直接噴射到燃燒室中進行燃燒。由于其不存在預混預蒸發的過程，所以避免了自燃和回火問題。但是如何能夠快速地使空氣與燃料均勻混合，是這類技術減排的關鍵，這也對燃油噴射結構的能力提出了更高的要求。LDI低排放燃燒室必須能夠使燃油在進入燃燒室、未燃燒前實現快速霧化、蒸發并與空氣混合，這樣才可以避免在燃燒室內出現局部高溫區，實現與LPP相同的排放水平。目前LDI低排放燃燒室主要有兩種結構形式，一種是采用中心分級的多旋流LDI燃燒室，另外一種在是擁有多個單元噴嘴的多點噴射LDI燃燒室。

多點噴射LDI燃燒室用多個噴嘴陣列式排布的形式取代了傳統的大旋流器結構，將燃油分布到每個小噴嘴中再直接噴射到燃燒室中。這樣大大增加了燃油與空氣的接觸面積，促使燃油與空氣快速的混合成均勻的貧油狀態，從而降低燃燒溫度，抑制NOx的生成。而每一個小噴嘴采用旋流穩火的方式，其形成的回流區則較傳統的旋流器形成的回流區更小，減小了火焰長度燃燒停留時間，也可以有效的減少NOx的生成。

LDI單元噴嘴是多點噴射LDI燃燒室的基本組成單元，是燃燒室實現貧油低污染燃燒最關鍵的部件，單元噴嘴的燃油霧化及快速混合技術性能直接決定燃燒室的排放水平，是關鍵性的技術難題。因此，本發明針對LDI燃燒室的這種需求，設計了一種能夠實現快速、均勻霧化的單元噴嘴。

發明內容