喷嘴雾化
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uθ a
ux = A
2
Rs r0 ε ε = ux 2 = ux A nrin 1 − ε 1− ε
1
A称为离心喷嘴的几何 特性参数，表示离心 喷嘴几何相似的准则
ε
2
2 ∆H / ρ f = ϕ 2 ∆H / ρ f +1
ϕ为轴向速度系数
1− ε
流量和流量系数
m f = u xεπ r02 ρ f = εϕπ r02 2∆Hρ f µπ r02 2∆Hρ f =
1 燃油及空气参数
a 供油压力和液体射流与空气的相对速度 b 空气压力 c 表面张力和粘性
2 离心喷嘴参数
Rs rc 表现在几何特征参数： A = 2 nrin
R↑
A↑
uin Rs ↑ uin ↑
rin ↓
uin Rs ↑
Uθ ↑
ux ↓ m f ↓
空心涡加大 油膜薄
β↑
lc ↑ rc
摩擦损失
雾化好
(nρ
f
πr
2 in
)
不计粘性时，流体的动量矩守恒，故有
m f u in Rs = m f uθ r 或 u in R s = uθ r
轴向速度
由于空气核的存在，燃油在喷嘴出口处的实际流 通面积为一圆环形，其值为
F = π ( r02 − ra2 )
取轴向长度为1的环形微元 体，其质量为 dm = 2πrdrρ f 微元体旋转时产生离心力正好 与径向压力差相平衡，故有
d2 =
Σd i N0
2
Biblioteka Baidu
3、按油珠体积求出的平均直径
d3
Σd d3 = 3 N0
3 i
4、质量中间直径（MMD）作为平均直径 大于或小于这个直径的油珠的质量各占50% 5、索太尔（sauter）平均直径（SMD）ds
VS =V
ss = s
Σd ds = Σd
3 i 2 i
三、液珠尺寸的分布
1、数量积分分布
∆P ( psi )
NukiyamaNukiyama-Tanasawa:
dN = ad i2 exp − bd in d (d i )
正态分布： 正态分布：
dR δ = exp − δ 2 y 2 dy π
[
]
[
]
y = ln(d i / SMD) δ 为常数
§3-1 喷嘴
一、直射式喷嘴
1、结构 、
di = d ⇒ R＝63.2%
n di M R′ = = 1 − exp − 0.693 M0 d
di = d
⇒
R′＝50% d = MMD
di n nd in −1 dR = exp − n d (d i ) d d
p
• •
2 ωa
γf
+(
2g
+
ω u2
2g
) = H = const
ω a = const
存在空心涡
ωa =
1+
1
ε
2
2g A
2
∆p f
γf
1− ε
ϕ 轴向速度系数
m f = γ f ω a ε Fc = εϕ Fc 2 g γ f ∆ p f = µ Fc 2 g γ f ∆ p f
•
µ = εϕ 称为流量系数
集中大孔内回油 分散小孔内回油
外回油
§3-1 喷油嘴
5、气动喷嘴
油
1 2 3
1 2 3
4
射流式 预膜式 复合式 双旋流器式
4
§3-1 喷油嘴
6、蒸发管式喷嘴 特点
§3-1 喷油嘴
7、Y型气动喷嘴
§3-1 喷油嘴
8、甩油盘式喷嘴
§3-1 喷油嘴
9、超声波喷嘴
§3-2 燃油雾化机理-影响雾化的因素
定义
2 ρ a va d 0 = We σf
韦伯准则数 实验中发现： 8＜We＜10.7：液珠只发生变形而不破碎， 10.7＜We＜14：液珠开始破碎 We≥14：全部液珠破碎成细小的雾珠， We ，平均直径愈小
二、液珠的平均直径
1、按油珠直径求出的平均直径 d1 Σd i d1 = N0 2、按油珠表面积求出的平均直径 d 2
2、特点：简单、分布灵活，但雾化不理想 特点： 特点 3、流量公式 流量公式
m f = µ ' ϕ Fc 2 ∆ p f ρ f
•
.
mf
.
m f ∝ ∆p f
2
.
m f ↑⇒ ∆p f ↑↑
∆p f
二、离心式喷嘴
1、离心喷嘴的结构和工作过程
2、离心式喷嘴的工作原理
三点假设 动量矩守衡：m f ω1 R = m f ω u r ⇒ ω1 R = ω u r 伯努利方程：
A2 1 µ = εϕ = 1 / + 2 1− ε ε
µ为流量系数
A2 1 + 2 µ = 1/ 1− ε ε
∂ ∂ε A2 1 + 2 1 − ε ε
−1 / 2
最大流量原理
=0
A = (1 − ε ) / ε 2 / 2
µ= ε3
2−ε
ϕ = µ /ε =
ε
2−ε
雾化锥角
β m 只与ε或A有关，与Pf无关
离心喷嘴工作原理计算 (II)
切向速度和空气涡核
离心式喷嘴内理想流体的伯努利方程
1 1 1 2 2 2 p + ρ f u x + ρ f uθ = pin + ρ f u in = H 0 = const. 2 2 2
根据连续方程，燃油在切向孔内的流动速度为
u in = m f
u x = const.
（与r无关）
以“空穴率”表示喷孔内空气核的大小，用ε表 示 2 2 2
r0 − ra ra ε= = 1− 2 2 r0 r0
据连续方程
ra = r0 1 − ε
2 nrin u x = 2 uin ε r0
取进口与燃油和空气核的交界面列如下方程：
1 1 2 2 ρ f uθ a + ρ f u x = H 0 − p∞ = ∆H 柏努利方程： 2 2 Rs 动量矩守恒： uθ a = uin r a u xε r02 连续方程： uin = 2 nrin
喷嘴及燃油雾化
燃油的雾化机理 几种航空发动机中常用喷嘴结构、特性， 重点:离心喷嘴
§3-2
一、雾化机理
燃油雾化机理
1、一般现象描述
2、液珠破碎条件
表面张力＜气动力 表面张力 δ = 气动力
q=
4σ f
2 ρ a va
d0
2
如果δ=q，则：
2 ρ a va d 0 =8 σf
气动力 表面张力
雾化锥角可根据轴向速度和切向速度的大小来确定
tg
tg
α
2
= uθ / u x
= uθ ,m / u x
αm
2
rm = (r0 + ra ) / 2
tg
αm
2
=
2 Aε 1+ 1− ε
=
1− ε 1+ 1− ε
8
ε
3、双油路离心式喷嘴
双油路单喷口喷嘴
双油路双喷口喷嘴
1 1 2 3 4 4
2
3
4、离心式回油喷嘴
dr 2πrdp = 2πrρ f uθ r
2
dr 或 dp = ρ f uθ r
2
dr 2πrdp = 2πrρ f uθ r
2
dr 或 dp = ρ f uθ r
2
uin Rs = uθ r = const . →
积分得
p
1 + uθ2 = const. ρf 2
duθ dr =− r uθ
dp = − ρ f uθ duθ
N / N0
2、重量积分分布 W /W0 3、液滴数量的微分分布 4、液滴重量的微分分布
dN N 0 d (d i ) dw dV （ ） w0 d (d i ) V0 d (d i )
油珠群几种典型分布
RosinRosin-Rammler:
均匀指数
di n M R= = 1 − exp − M0 d
µ=
1 A2 1 + 2 1− ε ε
最大流量原理
dµ =0 dε
确定ε:
A=
1− ε
ε3
2
µ max = ε
ε
2−ε
µ ε ϕ= = ε 2−ε
进一步可确定 m f
•
喷雾锥角公式： r↑，ωu↓，β↓ r ↓ ，ωu ↑ ，β↑
β m = 2arctg
8 (1 − ε )
ε (1 + 1 − ε )
uθm ↓
β ↓µ↓
3、目前测量粒径的方法
（1）接触式 印痕法、石蜡法等 （2）非接触式 激光散射技术 马尔纹粒度仪 脉冲激光全息技术
ux = A
2
Rs r0 ε ε = ux 2 = ux A nrin 1 − ε 1− ε
1
A称为离心喷嘴的几何 特性参数，表示离心 喷嘴几何相似的准则
ε
2
2 ∆H / ρ f = ϕ 2 ∆H / ρ f +1
ϕ为轴向速度系数
1− ε
流量和流量系数
m f = u xεπ r02 ρ f = εϕπ r02 2∆Hρ f µπ r02 2∆Hρ f =
1 燃油及空气参数
a 供油压力和液体射流与空气的相对速度 b 空气压力 c 表面张力和粘性
2 离心喷嘴参数
Rs rc 表现在几何特征参数： A = 2 nrin
R↑
A↑
uin Rs ↑ uin ↑
rin ↓
uin Rs ↑
Uθ ↑
ux ↓ m f ↓
空心涡加大 油膜薄
β↑
lc ↑ rc
摩擦损失
雾化好
(nρ
f
πr
2 in
)
不计粘性时，流体的动量矩守恒，故有
m f u in Rs = m f uθ r 或 u in R s = uθ r
轴向速度
由于空气核的存在，燃油在喷嘴出口处的实际流 通面积为一圆环形，其值为
F = π ( r02 − ra2 )
取轴向长度为1的环形微元 体，其质量为 dm = 2πrdrρ f 微元体旋转时产生离心力正好 与径向压力差相平衡，故有
d2 =
Σd i N0
2
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3、按油珠体积求出的平均直径
d3
Σd d3 = 3 N0
3 i
4、质量中间直径（MMD）作为平均直径 大于或小于这个直径的油珠的质量各占50% 5、索太尔（sauter）平均直径（SMD）ds
VS =V
ss = s
Σd ds = Σd
3 i 2 i
三、液珠尺寸的分布
1、数量积分分布
∆P ( psi )
NukiyamaNukiyama-Tanasawa:
dN = ad i2 exp − bd in d (d i )
正态分布： 正态分布：
dR δ = exp − δ 2 y 2 dy π
[
]
[
]
y = ln(d i / SMD) δ 为常数
§3-1 喷嘴
一、直射式喷嘴
1、结构 、
di = d ⇒ R＝63.2%
n di M R′ = = 1 − exp − 0.693 M0 d
di = d
⇒
R′＝50% d = MMD
di n nd in −1 dR = exp − n d (d i ) d d
p
• •
2 ωa
γf
+(
2g
+
ω u2
2g
) = H = const
ω a = const
存在空心涡
ωa =
1+
1
ε
2
2g A
2
∆p f
γf
1− ε
ϕ 轴向速度系数
m f = γ f ω a ε Fc = εϕ Fc 2 g γ f ∆ p f = µ Fc 2 g γ f ∆ p f
•
µ = εϕ 称为流量系数
集中大孔内回油 分散小孔内回油
外回油
§3-1 喷油嘴
5、气动喷嘴
油
1 2 3
1 2 3
4
射流式 预膜式 复合式 双旋流器式
4
§3-1 喷油嘴
6、蒸发管式喷嘴 特点
§3-1 喷油嘴
7、Y型气动喷嘴
§3-1 喷油嘴
8、甩油盘式喷嘴
§3-1 喷油嘴
9、超声波喷嘴
§3-2 燃油雾化机理-影响雾化的因素
定义
2 ρ a va d 0 = We σf
韦伯准则数 实验中发现： 8＜We＜10.7：液珠只发生变形而不破碎， 10.7＜We＜14：液珠开始破碎 We≥14：全部液珠破碎成细小的雾珠， We ，平均直径愈小
二、液珠的平均直径
1、按油珠直径求出的平均直径 d1 Σd i d1 = N0 2、按油珠表面积求出的平均直径 d 2
2、特点：简单、分布灵活，但雾化不理想 特点： 特点 3、流量公式 流量公式
m f = µ ' ϕ Fc 2 ∆ p f ρ f
•
.
mf
.
m f ∝ ∆p f
2
.
m f ↑⇒ ∆p f ↑↑
∆p f
二、离心式喷嘴
1、离心喷嘴的结构和工作过程
2、离心式喷嘴的工作原理
三点假设 动量矩守衡：m f ω1 R = m f ω u r ⇒ ω1 R = ω u r 伯努利方程：
A2 1 µ = εϕ = 1 / + 2 1− ε ε
µ为流量系数
A2 1 + 2 µ = 1/ 1− ε ε
∂ ∂ε A2 1 + 2 1 − ε ε
−1 / 2
最大流量原理
=0
A = (1 − ε ) / ε 2 / 2
µ= ε3
2−ε
ϕ = µ /ε =
ε
2−ε
雾化锥角
β m 只与ε或A有关，与Pf无关
离心喷嘴工作原理计算 (II)
切向速度和空气涡核
离心式喷嘴内理想流体的伯努利方程
1 1 1 2 2 2 p + ρ f u x + ρ f uθ = pin + ρ f u in = H 0 = const. 2 2 2
根据连续方程，燃油在切向孔内的流动速度为
u in = m f
u x = const.
（与r无关）
以“空穴率”表示喷孔内空气核的大小，用ε表 示 2 2 2
r0 − ra ra ε= = 1− 2 2 r0 r0
据连续方程
ra = r0 1 − ε
2 nrin u x = 2 uin ε r0
取进口与燃油和空气核的交界面列如下方程：
1 1 2 2 ρ f uθ a + ρ f u x = H 0 − p∞ = ∆H 柏努利方程： 2 2 Rs 动量矩守恒： uθ a = uin r a u xε r02 连续方程： uin = 2 nrin
喷嘴及燃油雾化
燃油的雾化机理 几种航空发动机中常用喷嘴结构、特性， 重点:离心喷嘴
§3-2
一、雾化机理
燃油雾化机理
1、一般现象描述
2、液珠破碎条件
表面张力＜气动力 表面张力 δ = 气动力
q=
4σ f
2 ρ a va
d0
2
如果δ=q，则：
2 ρ a va d 0 =8 σf
气动力 表面张力
雾化锥角可根据轴向速度和切向速度的大小来确定
tg
tg
α
2
= uθ / u x
= uθ ,m / u x
αm
2
rm = (r0 + ra ) / 2
tg
αm
2
=
2 Aε 1+ 1− ε
=
1− ε 1+ 1− ε
8
ε
3、双油路离心式喷嘴
双油路单喷口喷嘴
双油路双喷口喷嘴
1 1 2 3 4 4
2
3
4、离心式回油喷嘴
dr 2πrdp = 2πrρ f uθ r
2
dr 或 dp = ρ f uθ r
2
dr 2πrdp = 2πrρ f uθ r
2
dr 或 dp = ρ f uθ r
2
uin Rs = uθ r = const . →
积分得
p
1 + uθ2 = const. ρf 2
duθ dr =− r uθ
dp = − ρ f uθ duθ
N / N0
2、重量积分分布 W /W0 3、液滴数量的微分分布 4、液滴重量的微分分布
dN N 0 d (d i ) dw dV （ ） w0 d (d i ) V0 d (d i )
油珠群几种典型分布
RosinRosin-Rammler:
均匀指数
di n M R= = 1 − exp − M0 d
µ=
1 A2 1 + 2 1− ε ε
最大流量原理
dµ =0 dε
确定ε:
A=
1− ε
ε3
2
µ max = ε
ε
2−ε
µ ε ϕ= = ε 2−ε
进一步可确定 m f
•
喷雾锥角公式： r↑，ωu↓，β↓ r ↓ ，ωu ↑ ，β↑
β m = 2arctg
8 (1 − ε )
ε (1 + 1 − ε )
uθm ↓
β ↓µ↓
3、目前测量粒径的方法
（1）接触式 印痕法、石蜡法等 （2）非接触式 激光散射技术 马尔纹粒度仪 脉冲激光全息技术