燃烧室原理rss5燃烧过程的计算、燃烧室工作过程的特性

.
.
* 3α
= m f (1 + L0 )i
.
.
* 3α =1
* + (m f αL0 − m f L0 )i3a
.
.
= m f [(1 + L0 )i
* 3α =1
* − L i ] + m a i3 a * 0 3a
.
* H3
等温燃烧焓差
一般形式：
H = (1 + L0 )iα =1 − L0 ia
4、掺混段进气，占25%-30% 作用：将上游已燃高温气流掺冷、掺匀至合理温度分布 5、冷却火焰筒壁面用气，占35% 作用：隔热、吸热冷却
三、燃烧室中的燃料浓度分布
四、燃烧室的燃烧过程
§5-4 燃烧室特性
一、燃烧效率特性 燃烧室的燃烧效率特性是指在一定的进口条件下，燃 烧效率随余气系数α的变化关系。 1、典型的燃烧效率特性 、
k σ = 1 − ψ c 2 M 22 2
* c
1 2
2、燃烧室压力损失的组成 、 （a）扩压器中的流体损失 （b）火焰筒进气产生的损失 （b）火焰筒内的总压损失 （c）附加损失
3、燃烧室的流阻特性 、
∆p p
.
.
.
* 23 * 2
m a T2 2 m a T2 R = ψ CM ( ) = f( ,ψ CM ) 2g p 2 FM p 2 FM
Hu
和H均为温度的函数，可查焓值表
发动机总体设计时，已知： m a , T 2* , T 3* , η c 求： m f 或 α 由效率公式推得：
* ηcH u − H 3 + H 0 * * L 0 (i 3 a − i 2 a )
.
.
α =
二、燃烧温度
ηcH u 近似计算公式： T = T + α L 0 c 'pg
112 384 航空煤油的热值： H UC8 H16 理论空气量的计算： 理论空气量的计算
5102880 = = 45560 kJ / kg 112
氧气占空气的重量百分比：23.2% 完全燃烧1kg煤油所需的理论空气量 0： 煤油所需的理论空气量L 完全燃烧 煤油所需的理论空气量
384 100 L0 = × = 14 .7 kg 空气 / kg 燃油 112 23 .2
m f H uηc
* ma (i − i0a ) + mf (i f − i0 f ) + mf Huηc = (ma + mf )(i3α − i0α ) * 2a
. . . .
.
.
.
.
.
.
ηc =
(ma + m f )(i
* 3α
− i0α ) − ma (i
.
* 2a
− i0 a ) − m f (i f − i0 f )
二、火焰稳定特性
指在进口气流参数一定的条件下，混气能稳定燃烧的油气范围 典型的火焰稳定特性曲线
三、燃烧室的流阻特性
1、燃烧室的压力损失及表示方法 、 a、总压损失分为两类： 流阻损失 热阻损失 b、总压损失常用两种参数来表示： 总压恢复系数
* * σ c* = p3 / p 2
* * 2 流阻系数（阻力系数） ψ c = ( p 2 − p3 ) /( ρ m c m )
燃烧室进口空气压力、 的影响： 燃烧室进口空气压力、温度对η c 的影响：
2、燃烧效率的相似准则 — θ 参数 、 基于表面燃烧理论
ut ηc ∝ f ( ) v
ηc = f (
p 2 Fc T2
.
)
ma
由实验数据总结得出：η c = f (
p 1.75 Fc Dc e (T2 / 300 ) 2
* 3 * 2
影响 T3* 的因素：
H u ， L0
c 'pg
ηc ： ηc
α：α
T2*
T3* T3*
精确求解用迭代法： 由α =
* ηcH u − H 3 + H 0 * * L 0 (i 3 a − i 2 a )
* * i3a − i2a 1 f = = = * ma αL0 ηc Hu − H3 + H0
等温燃烧焓差仅与温度有关，与α无关 同样，对于T0温度的燃气总焓：
(m f + ma )i
.
.
* 0α
=m i
.
* a 0α
+ mf H0
.
H 0 = (1 + L0 )i0α =1 − L0 i0 a
则：(m f + ma )(i
.
.
.
* 3α
* − i0α ) = m f ( H − H 0 ) + ma (i3a − i0 a ) * 3
二、排气污染生成机理及影响因素
1、CO的生成 当温度高于1673K时，就会产生离解
1 CO 2 → CO + O 2 − 6450 2
当温度高于1000℃时，CO的消失主要为：
K1 CO + OH ←→ CO2 + H
当温度接近500℃时，CO的消失主要为：
CO + H 2 O ← → CO 2 + H 2
N + OH ← NO + H → N + CH ← N + HCN →
（3）、燃料NO
影响NO生成的主要因素：
起飞状态各种发动机的NOX排放与综合参数的关系
5、冒烟 （1）、烟形成机理 （2）、冒烟的影响因素
三、污染物排放特性
四、控制污染的方法
1、降低CO和CXHY （a）控制主燃区和掺混区的油气比，及在区内滞留时间 抽取或放出在慢车时压气 包括：良好的燃油喷雾 机流出的空气量
mf Hu
空气及燃料的热焓可由 ∆i = c ∆T 确定 p 燃气的热焓确定： α＞1时： 1kg燃料+αL0kg空气 （1+ αL0）kg 则燃气的总焓：
* * * (1 + αL0 )i3α = (1 + L0 )i3α =1 + (α − 1) L0 i3a
两边乘以 m f ：
.
(m f + ma )i
§5 燃烧过程的计算、燃烧室工作 过程的特性
燃烧过程中的质量平衡 燃烧过程中的能量平衡 燃烧室的工作过程 燃烧室特性 燃烧室的排气污染
§5-1 燃烧过程中的质量平衡
一、平衡方程、理论空气量及热值
C + O 2 → CO 2 + 395800 KJ / Kmol
12 32 44
完全
1 完全 H 2 + O 2 → H 2 O ( 气态）+ 242100 KJ / Kmol 2
.
)
ma
令 θ =
p 1.75 Fc D c e (T2 / 300 ) 2
.
ma
相似准则参数 燃烧室确定后，这时
ηc = f (
p 1.75 e (T2 / 300) 2
.
)
ma
ηc = f(θ) 曲线反映出不同工况下的效率高低
综合现代各型燃烧室的燃烧效率的试验数据，可 得现有燃烧室 η c = f (θ ) 范围的极限：
.
.
代入前面的燃烧效率公式得：
ηc =
* ma (i − i ) + m f ( H 3 − H 0 − ∆i f ) * 3a * 2a .
.
m f Hu
因为 ∆i f = i f − i0 f 较小，可忽略
ηc =
ຫໍສະໝຸດ Baidu
* * * α L 0 (i3 a − i 2 a ) + ( H 3 − H 0 )
2、未燃碳氢化合物的生成 3、 CO和未燃碳氢化合物的形成的影响因素
多种发动机在地面慢车时CO和CxHy与ηc的关系
CO和CxHy与ηc的关系
4、NOX的生成 （1）、热力NO
O2 ← 2O → T＞1538℃时， N 2 + O ← → NO + N
T＞816℃时， O2 + N ← → NO + O （2）、瞬发NO
二、热离解 1、热离解和热离解方程 2、离解的影响
§5-2 燃烧过程中的能量平衡
燃烧过程的能量平衡、 一、燃烧过程的能量平衡、燃烧效率
* I 2 a + I f + Q = I 3α + q *
* 即：m i + mf i f + ξb mf Hu − q = (mf + ma )i3α * a 2a . . . . .
（b）、分级供油技术
2、降低NOX
2、降低冒烟 主燃区内良好的油气混合 气动雾化喷嘴的采用可减少局部富油区，掺混均匀 贫油主燃区的设计 采用冒烟小的燃油
五、低污染燃烧室的设计 1、分区燃烧
GE公司设计的径向双环腔燃烧室
P&W公司设计的轴向分级燃烧室
2、研究中的其它燃烧室 旋涡混合式燃烧室主燃区，采用旋涡混合燃烧方案 可变几何燃烧室 贫油预混预蒸发燃烧室 催化燃烧室
( P2 / RT ) FM C M ⋅ T2 p 2 FM CM R T2
m a T2 p 2 FM
=
=
这两个参数与ψ c 的关系构成了燃烧室的流阻特性
燃烧室阻力 特性曲线
§5-5 燃烧室的排气污染
一、排气污染概述 不同状态排气污染物的含量（单位：g/kg燃油）
工作状态 起飞 慢车 CO 1 100 可燃烃 ＜1 10 NOx 25 21 碳粒 多 少
mf
（1）任意给出一个T ，查表得 H
* 3
* 3
* i3a ，代入上式求出
* * （2）由 i3a 查 T3* ，由 T3* 查出 H 3
* （3）将 H 3代入上式求 i3a ，反复迭代，直到二次温度十分接近
*
§5-3 燃烧室的工作过程
一、燃烧室的气流流型
二、火焰筒各路进气的分配及功用
1、旋流进气：占5%-10%空气量，这时α=0.3-0.5 作用：造成旋转气流，形成回流区，同时对油膜破碎 雾化和掺混起作用。 2、主燃孔进气：占20%空气量，这时α=1左右 作用：向头部主燃区恰当地供入新鲜空气，以补充旋 流器空气与燃油配合的不足。 3、补燃孔进气：占10%空气量 作用：补燃及掺混之间。
2 16 18
H UC = 395800 = 32980 KJ / Kg 12 242100 = 121050 KJ / Kg 2
每公斤C的反应热 每公斤H2的反应热
H UH 2 =
航空煤油的化学反应式：
C8 H 16 + 12O2 → 8CO2 + 8 H 2 O + 5102880kJ / kmol