燃烧学 第3版 PPT课件 第8章 航空发动机中的燃烧.ppt

中间区(补燃区) 位于主燃区下游。从中间区进入火焰筒的空气主要是使主燃区的未燃成分继续燃烧，充分燃尽。主燃区中发生的热解反应会导致燃气中出现大量的CO和H2 。如果这些气体直接进入稀释区，并迅速冷却，就不能充分燃尽。 气体成分中 CO是大气中重要的污染组分，也是低效燃烧的产物。因而需要在稀释区前加入少量空气使温度降低到一个中级水平，从而使CO和其他任何未燃烧烃（碳氢）进行完全燃烧。 从中间区进入火焰筒的空气不宜过多，否则会导致燃气温度急剧降低，不利于补燃及充分燃尽。 经验表明，对于航空发动机燃烧室，中间区末端的平均空燃比宜控制在23 -27之间。 掺混区(稀释区) 在满足燃烧和壁面冷却之后，剩余的空气进入火焰筒后部掺混区。用来稀释的空气流量通常是燃烧室总气流量的20%~40%, 通过空气与燃烧产物的混合，获得要求的燃烧室出口温度及其分布。 掺混区的空气量直接受中间区末端空燃比和燃烧室总空燃比的制约。随着燃烧室温升的提高，燃烧和冷却空气量增加，剩余的掺混空气量越来越少，中间区和掺混区的界线也变得模糊起来。 理论上，可以通过一个长的稀释区或承受很高的进气压力损失来实现任何需要的燃烧室出口温度分布。然而，实践中发现，随着混合长度的增加，混合度最初迅速改善，但随后混合速度逐步放缓。因此，掺混区的长径比一般只介于1.5-1.8的狭窄范围内。 (1) 空气流动组织 气动过程在燃气轮机燃烧室的工作中起着至关重要的作用。燃烧室工作及性能的好坏，归根到底要看是否获得了适合于燃烧的气流流场和燃油浓度场。良好的气流结构能够促进燃料与空气的混合，并有利于在燃烧区内得到需要的燃油浓度场，这也是实现可靠点火和稳定燃烧的关键。 8.5.2 空气流动组织与流量分级掺混 (1) 空气流动组织—燃烧室的空气动力特征： 扩压器以及环形通道的设计，主要目的是降低气流速度，并且将空气流量按要求分布到燃烧室的各个区域中，同时保持气流均匀而不引起附加的流动损失。 在火焰筒的设计中，重点在于建立用于稳定火焰的大尺度回流区，并且对于燃烧产物进行有效地掺混降温，以及采用冷却空气对于火焰筒壁面进行有效的冷却。 空气流动组织—燃烧室中扩压器的内部流动的过程和设计特点 在轴流压气机中，静压的升高与气流轴向速度紧密相关，为了在最小的级数下达到设计压比，高的轴向速度是至关重要的； 在许多航空发动机中，压气机出口速度能达到170m/s以上，在如此高速的气流中燃料燃烧显然是不切实际的，而且高速引起的基本压力损失也会很大。 当压气机出口马赫数在0.25~0.35时，动压头将会占到进口总压的4%~8%, 目前，高性能航空燃气轮机压气机出口动压头占来流总压的10%。 扩压器的作用就是将高速气流的动压头尽可能大地恢复成静压，然后进入火焰筒。理想的扩压器应该能够在尽可能短的距离内以最小的总压损失实现所需的速度降低，并能够在其出口形成均匀稳定的流动。 空气流动组织—扩压器的具体性能要求 压力损失低，一般而言，扩压器的损失要小于压气机出口总压的2%； 长度短，扩压器的长度应尽量短，以减小发动机的长度和质量； 出口气流在周向和径向都均匀； 在所有工况下运行稳定； 对压气机出口流场变化不敏感。 图8 -11 现代燃烧室的环形突扩扩压器 空气流动组织—扩压器的具体性能要求 通常地，在前置扩压器中气流速度可以降低60%左右，其扩张角度通常介于6°~12° 之间。在前置扩压器的下游是突扩扩压器，进入突扩扩压器后流通面积发生了突然扩张，气流被火焰筒帽罩分成3份，外部两侧的气流分别进入内、外环腔通道，中心气流则流入燃烧室头部区域。如图8-11。突扩形扩压器通常是现代环形燃烧室设计的首选，因为它们更能适应不同入口速度条件和硬件尺寸。 空气流动组织—燃烧室中环腔的内部流动的过程和设计特点 环腔是指火焰筒壁面与燃烧室内、外机匣之间形成的环形气流通道，它的作用是作为气流进入火焰筒前的分布腔。 环腔内的流动状况对于火焰筒内的气流流形具有实质性的影响，如果气流在环腔中分布合理，压力损失小，就可以为火焰筒内燃烧、掺混、壁面冷却创造良好的条件。图 8-12 为燃烧室中气流流动示意图。 8-12 燃烧室中气流流动示意图 空气流动组织—扩压器的具体性能要求 一般希望设计时有较低的环腔气流速度，可以使得火焰筒上同一排孔的进气量相同，空气掺入火焰筒的深度较深，压力损失较小。 环腔中的气流流动主要有两个位置要特别注意： 一：在上游火焰筒头部附近，当气流由扩压器进入环腔时有时具有很厚的附面层，有时也会出现流动分离，这不但会影响向火焰筒内部供气，也会对下游环腔的气流分布产生影响。 二：在后面掺混孔附近，如果气流被没有限制地放入稀释孔下游的环腔空间，该位置环腔中的流动就会变得紊乱，在环腔内产生间歇的、随机的从掺混孔下游向前的回流现象，这将导致火焰筒