燃燒室思考和練習(xí)題 答案1

1、燃燒室及污染排放思考和練習(xí)題（1） 航空燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的功用是什么？把燃料中的化學(xué)能經(jīng)過燃燒釋放出來，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，直接加入到發(fā)動(dòng)機(jī)空氣中，提高做功能力（2） 航空燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室采取何種技術(shù)措施來滿足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)燃燒室的性能要求？擴(kuò)壓降速燃油霧化低速區(qū)或回流區(qū)穩(wěn)定火焰空氣分股（3） 為什么早期的燃燒室體積和長度都比現(xiàn)在燃燒室大？早期燃燒室多采用單管燃燒室，由于獨(dú)立的單管火焰筒和單管機(jī)匣導(dǎo)致長度較長，現(xiàn)在多采用環(huán)形燃燒室，結(jié)構(gòu)緊湊，長度較短早期的燃燒室容熱強(qiáng)度(單位工作壓力、單位燃燒室容積下，每小時(shí)燃燒的燃油所放出的熱量)小，所以體積和長度大。（燃燒室長度 Lc：所有的燃燒室都必須足夠長到能容納一個(gè)低

2、速火焰穩(wěn)定區(qū)和一個(gè)高速混合區(qū)，以降低出口溫度分布。燃燒室長度與火焰頭部的比例 (Lc/Hd) 隨著燃燒室技術(shù)的發(fā)展不斷降低。）（4）燃燒室火焰筒內(nèi)為什么要分區(qū)？以燃燒室油氣比0.03來說明。（5）請(qǐng)敘述燃燒室的正常工作過程，點(diǎn)火起動(dòng)過程和熄火過程。正常工作過程：氣流流動(dòng)過程的組織-燃料濃度場(chǎng)的組織-燃燒區(qū)中可燃混合物的形成、著火與燃燒-混合區(qū)中二次摻冷空氣與高溫燃?xì)鈸交爝^程組織-火焰管壁冷卻過程點(diǎn)火啟動(dòng)過程：燃燒室在地面狀態(tài)情況下，由起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)至一定的轉(zhuǎn)速，燃燒室噴油，采用點(diǎn)火裝置點(diǎn)火，在一定時(shí)間內(nèi)使燃燒室所有的燃油噴嘴噴出的油霧都能著火熄火過程：（6）燃燒室的主要結(jié)構(gòu)部分包括什么，各有

3、什么作用？ 擴(kuò)壓器：降低壓氣機(jī)出口流速，恢復(fù)動(dòng)壓頭利于組織燃燒機(jī)匣：安裝火焰筒，連接發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部分和渦輪、加力燃燒室部分，是承力件，同時(shí)，機(jī)匣和火焰筒組成環(huán)腔二股氣流的通道噴嘴：用于燃油霧化及空間分布旋流器：使氣流旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生中心回流區(qū)，強(qiáng)化穩(wěn)定燃燒過程帽罩：使空氣按照環(huán)腔，頭部所需量分股時(shí)，流動(dòng)不發(fā)生分離，以減小流動(dòng)損失火焰筒：燃燒室承溫部件，實(shí)現(xiàn)油氣兩相流的穩(wěn)定燃燒，并在下游與冷空氣摻混，滿足出口溫度分布需求（7）在某一個(gè)燃燒室出口測(cè)量的CO濃度為200ppm，未燃碳?xì)涞臐舛葹?0ppm，這兩個(gè)濃度值是在壓力1.0325105Pa，溫度288K條件下測(cè)得的，燃燒室油氣比0.025，煤油的熱

4、值是43500kJ/kg，請(qǐng)問，該燃燒室的燃燒效率是多少？（8）為什么要規(guī)定燃燒室的出口溫度品質(zhì)？出口溫度分布系數(shù)和平均徑向溫度分布系數(shù)的定義是什么，典型的數(shù)值范圍，對(duì)渦輪的影響如何？燃燒室出口溫度分布關(guān)系到渦輪的工作環(huán)境；出口溫度分布系數(shù)：指燃燒室出口溫度最大值超出平均值的量與燃燒室溫升之比，0.25-0.35，越低越好平均徑向溫度分布系數(shù)：燃燒室出口徑向溫度分布沿周向平均后與出口燃?xì)馄骄鶞囟戎?，再與進(jìn)出口燃?xì)馄骄鶞囟戎钪?，不超過0.15（9）某燃燒室進(jìn)、出口平均溫度分別為800K、1650K，實(shí)測(cè)出口溫度分布數(shù)據(jù)如下表習(xí)1，請(qǐng)分析出口溫度分布的品質(zhì)。設(shè)計(jì)的出口溫度分布曲線參考下表習(xí)2

5、。表習(xí) 1徑向位置周向位置1周向位置2周向位置3周向位置4周向位置501405 1365 1345 1495 1385 101540 1520 1563 1583 1543 201620 1608 1678 1628 1758 301637 1767 1767 1687 1797 401685 1793 1763 1693 1793 501730 1814 1764 1714 1784 601701 1927 1767 1727 1757 701750 1831 1731 1851 1741 801710 1760 1730 1810 1620 901653 1643 1683 1763 16

6、13 1001325 1385 1495 1555 1405 表習(xí)2徑向位置0102030405060708090100-0.03-0.05-0.050.020.050.0750.090.0950.07-0.02-0.3（10）為什么要規(guī)定發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的慢車貧油熄火邊界？慢車狀態(tài)是發(fā)動(dòng)機(jī)的最小穩(wěn)定工作狀態(tài)。在發(fā)動(dòng)機(jī)降工況時(shí)，需要減油門（燃燒室減油），而轉(zhuǎn)子由于慣性，減速較慢，空氣流量也降低的較慢，這樣就出現(xiàn)了燃燒室貧油工作狀態(tài)。圖8-4-4中虛線是燃燒室中油氣比的變化過程，油氣比不能低到進(jìn)入圖中的陰影區(qū)（貧油熄火邊界），如果此燃燒室穩(wěn)定性不好，油氣比落在了陰影區(qū)，就出現(xiàn)了熄火，即所謂的空中熄火

7、，屬于重大事故。軍用航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，f小于等于0.005，民用航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)f小于等于0.007。（11）為什么燃燒室需要一定的壓力降？壓力降為什么不能太大？壓力降增加1，航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的單位推力會(huì)降低多少？以推力為10000daN，增壓比25，渦輪前溫度為1600K的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)為例。P224答：氣流流過燃燒室,由于粘性及溫升，會(huì)導(dǎo)致氣流總壓降低?？倝簱p失由兩部分組成，擴(kuò)壓器損失（無用損失）和火焰筒損失（用于增加了氣流的穿透和摻混，為有用損失）。壓力降太大會(huì)減低發(fā)動(dòng)機(jī)性能，對(duì)于民用發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)增加耗油量，對(duì)于軍用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)降低推力。（12）如表83所示，是一個(gè)額定推力50kN，總增壓

8、比為30的發(fā)動(dòng)機(jī)在ICAO CAEP規(guī)定的各個(gè)運(yùn)行模式下的NOx排放指數(shù)。各運(yùn)行模式下的NOx排放物指數(shù)和燃油流量參數(shù)Idle/taxi(7% Foo)Approach(30% Foo)Climb(85% Foo)Takeoff(100% Foo)Mf(kg/hr)26267616201910EI NOx (g/kg fuel)3.54.51012確定該發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的排放是否能夠滿足CAEP4的標(biāo)準(zhǔn)。答：CAEP4的標(biāo)準(zhǔn)為：故滿足要求（13）列出單層火焰筒壁熱平衡方程表達(dá)式？燃?xì)庀虮诿娴妮椛鋼Q熱+燃?xì)庀虮诿娴膶?duì)流換熱+沿火焰筒壁面的導(dǎo)熱=通過壁面的導(dǎo)熱=壁面與環(huán)腔空氣的輻射換熱+壁面與環(huán)腔空氣

9、的對(duì)流換熱（14）氣膜冷卻的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？ 優(yōu)：可以在高壓力高熱應(yīng)力下工作幾千小時(shí)，冷卻縫槽可以減輕質(zhì)量，使火焰筒機(jī)械強(qiáng)度加強(qiáng)；缺：壁溫不均勻，冷卻氣膜出口溫度最低，在接近下一道氣膜出口溫度最高，是對(duì)冷卻氣體的浪費(fèi)。（15）通過查閱文獻(xiàn)資料，列舉先進(jìn)冷卻方式的種類及應(yīng)用。（16）加力燃燒室的作用是什么？與主燃燒室相比，工作條件有何差異？ 作用：利用燃燒室排氣中的剩余氧氣量，重新噴入燃油在燃燒，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)推力；差異：加力燃燒室進(jìn)口處總壓較低、氣流速度高、溫度高，進(jìn)入加力燃燒室的氣體是燃?xì)猓趿枯^低（17）渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室有何區(qū)別（原理，結(jié)構(gòu)）？渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室有哪幾種組織燃

10、燒方式？區(qū)別：原理上渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒是在燃燒過的高溫氣流中組織燃燒，而渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒是在外涵新鮮空氣和流過渦輪的已燃?xì)獾幕旌蠚猓ㄒ灿蟹珠_的）中組織燃燒；二者的主要區(qū)別是燃燒組織方式不同，結(jié)構(gòu)上主要是進(jìn)氣部分不同，前者采用的是單流路的擴(kuò)壓器，后者采用的是雙流路的混合擴(kuò)壓器（18）加力比的定義是什么？加力比主要取決于什么？提高加力比受到哪些因素制約？加力比是指主機(jī)狀態(tài)相同（渦輪前溫度相同）時(shí)，開加力后的發(fā)動(dòng)機(jī)推力與不開加力時(shí)的推力之比，記為；加力比主要取決于加溫比，正比于加溫比的平方根；加溫比與燃燒前馬赫數(shù)有密切關(guān)系，對(duì)于加力比很大的渦扇加力，應(yīng)選用較低的流動(dòng)馬赫數(shù)，否則即使噴油燃燒

11、加熱，推力也未必會(huì)增加或者增加甚微；加溫比還與飛行馬赫數(shù)直接相關(guān)，當(dāng)馬赫數(shù)增加時(shí)，加力比迅速增加，尤其是超音速飛行時(shí)。（19）常用加力燃燒室有哪些點(diǎn)火方案？預(yù)燃室點(diǎn)火，熱射流點(diǎn)火，催化點(diǎn)火，高能電嘴直接點(diǎn)火（20）加力室V形穩(wěn)定器火焰穩(wěn)定機(jī)理是什么？與主燃燒室旋流穩(wěn)定火焰有何異同？p300（21）為何加力燃燒室比主燃燒室更易發(fā)生振蕩燃燒？試舉幾種消除振蕩燃燒的措施。因?yàn)榧恿θ紵窃诩恿ν矁?nèi)進(jìn)行的，在邊界上缺乏聲耗散機(jī)制（減震機(jī)制）。措施：減少壓力驅(qū)動(dòng)能量，增加脈動(dòng)機(jī)械能的耗散，幾何尺寸調(diào)整（改變加力燃燒室冷段長度和全長，改變最大放熱脈動(dòng)軸向位置，使最大放熱脈動(dòng)區(qū)軸向位置接近壓力波節(jié)點(diǎn)的軸向位置

12、）燃燒規(guī)律調(diào)整（改變加力燃燒室橫截面燃油分布，改變沿加力燃燒室長度的放熱規(guī)律，改變多排火焰穩(wěn)定器排列，減少當(dāng)量放熱脈動(dòng)，減小火焰穩(wěn)定器表面油膜不穩(wěn)定蒸發(fā)所引起的放熱脈動(dòng)）（22）了解沙丘駐渦火焰穩(wěn)定器的穩(wěn)焰機(jī)理和優(yōu)點(diǎn)。穩(wěn)焰機(jī)理：從丘頂向兩側(cè)成點(diǎn)源發(fā)散，引起了橫臥于地平面上的旋流效應(yīng)；整個(gè)沙丘成渦管彎曲，中間粗兩頭逐漸變細(xì)，兩個(gè)月牙之間存在兩個(gè)轉(zhuǎn)涙點(diǎn)，形成牛角狀的拱橋效應(yīng)；沙丘外形遵循能量耗散最小的自然規(guī)律優(yōu)點(diǎn)：新月形沙丘具有頑強(qiáng)的抗干擾性能，和同樣阻塞比的V形穩(wěn)定期相比，阻力下降75-80%，貧油穩(wěn)定性得到大幅度擴(kuò)展，點(diǎn)火性能也得到了改善?？牲c(diǎn)燃風(fēng)速比V形槽高出40%左右，而且燃燒效率也得到提

13、高，在低溫低壓下仍能保持其原有的性能。（23）燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒的排放物有哪些？ICAO規(guī)定的污染物有哪些？危害？CO2 H2O，CO,UHC(未燃碳?xì)浠衔?，冒煙，NOx；ICAO規(guī)定的是CO（結(jié)合血紅蛋白，缺氧）,UHC(未燃碳?xì)浠衔?（與氮氧化物在強(qiáng)光下形成光化學(xué)煙霧），冒煙（呼吸道疾病，增加了飛機(jī)可見性，降低軍用飛機(jī)生存能力，高空飛行排氣形成凝結(jié)尾流，高空大氣污染），NOx（呼吸道疾病，酸雨，臭氧層空洞），其中衡量的關(guān)鍵指標(biāo)是；（24）與常規(guī)燃燒室相比，低污染燃燒室為什么能作到低污染？燃燒室主燃區(qū)溫度控制在17001900K，該溫度下CO,UHC，SMOKE，NOx生成速度均較低（

14、25）分級(jí)燃燒室的種類及優(yōu)缺點(diǎn)？周向分級(jí)燃燒室：優(yōu)：降低4種污染物排放同時(shí)拓寬了貧油熄火邊界；缺：低功率時(shí)，不供油的噴嘴下游的溫度區(qū)“凍結(jié)”了化學(xué)反應(yīng)，降低了燃燒效率，增大了CO和UHC的排放量軸向分級(jí)燃燒室：優(yōu)：主燃級(jí)點(diǎn)火順利并快速；進(jìn)口空氣溫度高，即使低當(dāng)量比時(shí)燃燒效率也較高；較好的徑向出口溫度分布，較寬的穩(wěn)定工作范圍，高的燃燒效率，有利于延長渦輪葉片壽命；主燃級(jí)啟動(dòng)無推力滯后；大功率時(shí)NOx排放量低；大雨條件下，有較好的工作穩(wěn)定性；缺：由于燃燒室軸向分布，長度增加；較大的火焰筒表面積需要更多的冷卻空氣；較多的燃油噴嘴桿壁干擾了外燃腔流路；頂燃級(jí)油路不能用于冷卻主燃級(jí)油路徑向分級(jí)燃燒室：優(yōu)

15、：如果兩級(jí)燃燒室在軸向的投影坐標(biāo)相同，可以設(shè)計(jì)使用供油座，使副油路的燃油冷卻主燃級(jí)的噴嘴油路，防止小功率狀態(tài)時(shí)燃油高溫結(jié)焦 缺：貧油熄火邊界差；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噴嘴數(shù)目增多；需要較多的冷卻空氣增大的火焰筒表面積，對(duì)出口溫度分布不利；由于油路分級(jí)，徑向溫度分布會(huì)改變，對(duì)燃燒室下游的高溫區(qū)不利；在從小功率狀態(tài)向大功率狀態(tài)過渡時(shí)，兩級(jí)燃燒室都偏離最佳設(shè)計(jì)狀態(tài)（26）LPP、LDI、以及RQL的基本原理及優(yōu)缺點(diǎn)？LPP（貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)）工作原理，燃油進(jìn)入燃燒室前與空氣充分混合并蒸發(fā)完全，進(jìn)入燃燒室的油氣混合物是一種近似于氣態(tài)燃料分布均勻的狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：在接近貧油熄火邊界當(dāng)量比下燃燒，主燃區(qū)溫度低，停留時(shí)間短，

16、NOx排放低；缺點(diǎn)：在較高的進(jìn)口溫度和壓力下容易產(chǎn)生自燃和回火，啟動(dòng)燃燒不穩(wěn)定。 LDI貧油直接噴射低污染燃燒室RQL富油燃燒-急冷-貧油燃燒低污染燃燒室（27）航空燃?xì)廨啓C(jī)主燃燒室中的主要霧化方式有哪些？其基本原理是什么？離心噴嘴：借助燃油壓力使燃油霧化；空氣霧化噴嘴：不只借助燃油壓力產(chǎn)生油膜失穩(wěn)，還依靠通過噴嘴的空氣速度來剪切油膜甩油盤噴嘴：燃油通過一個(gè)空心的中心軸，靠離心力從甩油盤上打的孔甩出，在表面波及環(huán)境空氣的作用下，射流失穩(wěn)破碎，從而形成油霧蒸發(fā)管噴嘴：燃油從噴嘴噴出，一部分燃油噴射到蒸發(fā)管的高溫壁面上，另一部分則與進(jìn)入蒸發(fā)管的高溫空氣混合后隨空氣流動(dòng)。（28） 為什么離心噴嘴中間

17、會(huì)存在一個(gè)空心渦？這對(duì)計(jì)算一定離心噴嘴壓力降條件下的噴嘴流量有什么影響？空心渦：隨著半徑減小，速度增加，離心力增加，將旋流器中的燃料甩向外壁，形成空心渦；隨著速度增加，導(dǎo)致靜壓下降，燃油沸騰溫度下降，中心燃油容易蒸發(fā)，形成空心渦（29） 空氣霧化噴嘴霧化顆粒度的主要影響因素有哪些？（30） 突擴(kuò)擴(kuò)壓器的結(jié)構(gòu)和性能有什么特點(diǎn)？（31） 旋流器的主要種類有哪些？旋轉(zhuǎn)射流產(chǎn)生回流區(qū)的機(jī)理是什么？主要類型的旋流器旋流數(shù)推導(dǎo)。p254。答：軸向葉片式旋流器，徑向葉片式旋流器。 產(chǎn)生回流區(qū)機(jī)理：由可得，氣體微團(tuán)的離心力靠沿著徑向的壓力梯度來平衡，只要有速度，必定存在外徑壓強(qiáng)大，內(nèi)徑壓強(qiáng)小，當(dāng)兩者壓力差達(dá)到

18、一定程度時(shí)，中心壓力接近真空，從而導(dǎo)致下游氣流（壓力接近環(huán)境壓力）逆流運(yùn)動(dòng)填補(bǔ)真空，從而產(chǎn)生回流區(qū)。（32） 現(xiàn)代燃燒室的典型設(shè)計(jì)點(diǎn)油氣比條件下，為什么要采用主燃孔射流？為什么要采用摻混孔射流？為什么會(huì)有流量系數(shù)p263，流量系數(shù)的主要影響因素p264？答：主燃孔射流：聯(lián)合構(gòu)成并縮短回流區(qū)，強(qiáng)化燃燒過程摻混孔射流：調(diào)整徑向溫度分布，減少熱點(diǎn)。流量系數(shù)：因?yàn)橥ㄟ^射流孔的流量不僅與射流孔的幾何及壓力降有關(guān)，還與其形狀，上游環(huán)腔的尺寸及上游流動(dòng)有關(guān)，因此流量是按照有效面積來計(jì)算的，有效面積=射流孔的幾何開孔面積X流量系數(shù)影響：幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)（孔的幾何結(jié)構(gòu)和環(huán)腔高度）、壓力參數(shù)（壓力降除以動(dòng)壓頭）（33） 橫側(cè)氣流中的單股射流和多股射流的流動(dòng)特點(diǎn)是什么？p268燃燒室的流量分配根據(jù)什么來分配的？對(duì)于空氣霧化噴嘴 主燃區(qū)空氣流量分配：霧化空氣量根據(jù)慢車工況的熄火特性要求和設(shè)計(jì)工況霧化顆粒度氣液比要求來確定；頭部冷卻空氣量根據(jù)頭部冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；主燃區(qū)壁面冷卻氣流根據(jù)主燃區(qū)避免冷卻要求設(shè)計(jì)；主燃孔射流流量最后根據(jù)主燃區(qū)油氣比選擇為恰當(dāng)比、富油、還是貧油來確定。 冷卻氣流量分配：冷卻性能及選擇的冷卻結(jié)構(gòu) 摻混空氣量分配：出口溫度分分布和摻混效果發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能，燃燒基本理論，燃燒室的其他性能（34） 不同當(dāng)量比的主燃區(qū)燃燒性能有何特點(diǎn)？（35） L