CN109237516A - 双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法,包括以下步骤：(1)计算出流经双旋流雾化装置的空气流量；(2)根据经过文氏管的空气流量WO等于双旋流雾化装置的一级旋流器的流量WIN，计算一级旋流器的流量WIN；(3)按照文氏管喉道截面空气流动马赫数为0.1的原则，计算文氏管喉道直径d0；(4)确定文氏管喉道轴向位置尺寸L0，(5)确定文氏管流道进口尺寸d1和文氏管流道出口尺寸d2；(6)确定文氏管流道型面造型。本发明所述的双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法是双旋流雾化装置设计中的重要组成部分，确保雾化装置的喷雾质量和对燃油喷嘴的有效热防护，为今后的设计工作提供基础。
Description
技术领域
本发明涉及燃油喷嘴设计技术领域，尤其是涉及双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法。
背景技术
双旋流雾化装置实现了燃油喷嘴和火焰筒头部进气装置的一体化设计，使结构十分紧凑。由于该装置具有强力雾化的能力以及具有缩短火焰的优点，为缩短火焰筒长度以及实现降低供油压力奠定了基础。因此该装置被现代燃烧室广泛采用。另外双旋流雾化装置也是高温升燃烧室以及低污染燃烧室采用的三旋流雾化装置的技术基础。所以建立双旋流雾化装置的设计方法非常有意义。而双旋流雾化装置的文氏管喉道尺寸及喉道位置的确定方法是双旋流雾化装置设计中的重要组成部分
按照双旋流雾化装置的雾化机理，在文氏管内形成薄而均匀的油膜是实现良好雾化的前提。为了在文氏管内实现燃油与一级旋流器空气的良好混合以及在文氏管壁面形成薄而均匀的油膜，文氏管的流道设计十分关键。试验证明，文氏管喉道的空气流速对火焰筒回流区的前驻点位置起决定作用，也就是说喉道流速过小，会使回流区前移，其结果造成文氏管和燃油喷嘴端头温度升高，以致文氏管和喷嘴产生积碳或烧蚀。也就是说文氏管的另一作用是对燃油喷嘴起到有效热保护的作用。
因此，文氏管的流道设计显得十分关键，目前对于如何确定文氏管喉道尺寸、位置以及文氏管流道型面造型缺乏设计依据，所以在设计中存在着随意性。其结果在燃烧室工作中由于文氏管喉道尺寸及其位置确定的不合理，会造成燃油雾化质量差及燃油喷嘴得不到有效的热保护，产生积碳和烧蚀等故障，而目前在文氏管内型面造型，缺乏设计依据，没有提出一个最佳造型方法，所以在设计中存在着随意性，这对双旋流雾化装置的喷雾质量缺乏保证。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在公开双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法，确保雾化装置的喷雾质量和对燃油喷嘴的有效热防护，保证双旋流雾化装置的喷雾质量，为今后的设计工作提供基础。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法，所述文氏管流道的设计包括对文氏管喉道截面的直径、文氏管喉道截面的轴向位置以及文氏管流道型面造型的设计，所述文氏管流道的设计方法包括以下步骤：
(1)收集燃烧室设计状态的燃烧室进口气流参数，包括空气压力、温度和流量，以及火焰筒流量分配计算中得到的流经单个火焰筒头部进气装置的一次流比例，根据以下公式计算出流经双旋流雾化装置的空气流量，
Wi0＝F1*Wa/(Ff0*i),
式中，Wi0-双旋流雾化装置的进气量，
F1-火焰筒头部进气装置的流通面积，
Wa-进入火焰筒的空气量，
Ff0—火焰筒总开孔面积，
i—火焰筒头部个数；
(2)根据经过文氏管的空气流量WO等于双旋流雾化装置的一级旋流器的流量WIN，按照以下公式计算一级旋流器的流量WIN，
WIN＝Wi0*(WIN/Wou)opt,
式中，Wou-二级旋流器流量，
(WIN/Wou)opt-一级与二级旋流器流量比的最佳值；
(3)按照文氏管喉道截面空气流动马赫数为0.1的原则，按照以下公式计算文氏管喉道直径d0，
d0＝(4F0/π)0.5，F0＝WIN*T0.5/(m*P*q(M0))，
式中，F0—文氏管喉道面积，
WIN—流经双旋流雾化装置的一级旋流器流量，
T—燃烧室进口空气温度，
m—常数＝0.3965，
P—燃烧室进口空气压力，
q(M0)—密流函数，
M0—文氏管喉道截面的马赫数；
(4)确定文氏管喉道轴向位置尺寸L0，使L0满足L0/d0＝0.6；
(5)确定文氏管流道进口尺寸d1和文氏管流道出口尺寸d2，使d1和d2满足d1/d0≥2.5，d2/d0＝1.3-1.5；
(6)确定文氏管流道型面造型，根据文氏管型面的相对面积变化沿轴向的变化规律确定，文氏管型面的相对面积变化沿轴向的变化规律符合以下公式，
(Fi-Fi+1)/Fi＝0.907Xi/L-0.65,
式中，Fi-文氏管内型面第i截面的面积，
Fi+1-文氏管内型面第i+1截面的面积，
Xi-文氏管内型面上任意横截面的轴向尺寸，
L-文氏管轴向长度尺寸；
进一步的，所述步骤(6)中，在文氏管型面造型时，相对面积变化为0的轴向位置与文氏管喉道的位置相对应。
相对于现有技术，本发明所述的双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法具有以下优势：
本发明所述的双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法是双旋流雾化装置设计中的重要组成部分，按照双旋流雾化装置的雾化机理，在文氏管内形成薄而均匀的油膜是实现良好雾化的前提，为了在文氏管内实现燃油与一级旋流器空气的良好混合以及在文氏管壁面形成薄而均匀的油膜，文氏管的流道设计十分关键。本发明公开了文氏管喉道截面的直径、文氏管喉道截面的轴向位置以及文氏管流道型面造型的设计方法，在文氏管内实现燃油与一级旋流器空气的良好混合以及在文氏管壁面形成薄而均匀的油膜，确保雾化装置的喷雾质量和对燃油喷嘴的有效热防护，本发明所述的双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法，给出了文氏管型面的相对面积变化沿轴向的最佳变化规律，按照这种规律进行文氏管型面的造型，可以保证在文氏管内实现燃油与一级旋流器空气的良好混合以及在文氏管壁面形成薄而均匀的油膜，保证双旋流雾化装置的喷雾质量，为今后的设计工作提供基础。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法的双旋流雾化装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法的文氏管的结构示意图；
图3为本发明实施例所述的双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法的文氏管型面的面积变化梯度沿轴向的变化图。
附图标记说明：
1-喷嘴；2-一级旋流器；3-二级旋流器；4-文氏管；5-套筒。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法，所述文氏管流道的设计包括对文氏管喉道截面的直径、文氏管喉道截面的轴向位置以及文氏管流道型面造型的设计，所述文氏管流道的设计方法包括以下步骤：
(1)收集燃烧室设计状态的燃烧室进口气流参数，包括空气压力、温度和流量，以及火焰筒流量分配计算中得到的流经单个火焰筒头部进气装置的一次流比例，根据以下公式计算出流经双旋流雾化装置的空气流量，
Wi0＝F1*Wa/(Ff0*i),
式中，Wi0-双旋流雾化装置的进气量，
F1-火焰筒头部进气装置的流通面积，
Wa-进入火焰筒的空气量，
Ff0—火焰筒总开孔面积，
i—火焰筒头部个数；
(2)根据经过文氏管的空气流量WO等于双旋流雾化装置的一级旋流器的流量WIN，按照以下公式计算一级旋流器的流量WIN，
WIN＝Wi0*(WIN/Wou)opt,
式中，Wou-二级旋流器流量，
(WIN/Wou)opt-一级与二级旋流器流量比的最佳值；
(3)按照文氏管喉道截面空气流动马赫数为0.1的原则，按照以下公式计算文氏管喉道直径d0，
d0＝(4F0/π)0.5，F0＝WIN*T0.5/(m*P*q(M0))，
式中，F0—文氏管喉道面积，
WIN—流经双旋流雾化装置的一级旋流器流量，
T—燃烧室进口空气温度，
m—常数＝0.3965，
P—燃烧室进口空气压力，
q(M0)—密流函数，
M0—文氏管喉道截面的马赫数；
(4)确定文氏管喉道轴向位置尺寸L0，使L0满足L0/d0＝0.6；
(5)确定文氏管流道进口尺寸d1和文氏管流道出口尺寸d2，使d1和d2满足d1/d0≥2.5，d2/d0＝1.3-1.5；
(6)确定文氏管流道型面造型，根据文氏管型面的相对面积变化沿轴向的变化规律确定，文氏管型面的相对面积变化沿轴向的变化规律符合以下公式，
(Fi-Fi+1)/Fi＝0.907Xi/L-0.65,
式中，Fi-文氏管内型面第i截面的面积，
Fi+1-文氏管内型面第i+1截面的面积，
Xi-文氏管内型面上任意横截面的轴向尺寸，
L-文氏管轴向长度尺寸；
所述步骤(6)中，在文氏管型面造型时，相对面积变化为0的轴向位置与文氏管喉道的位置相对应。
本发明所述的双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法是双旋流雾化装置设计中的重要组成部分，按照双旋流雾化装置的雾化机理，在文氏管内形成薄而均匀的油膜是实现良好雾化的前提，为了在文氏管内实现燃油与一级旋流器空气的良好混合以及在文氏管壁面形成薄而均匀的油膜，文氏管的流道设计十分关键。本发明公开了文氏管喉道截面的直径、文氏管喉道截面的轴向位置以及文氏管流道型面造型的设计方法，在文氏管内实现燃油与一级旋流器空气的良好混合以及在文氏管壁面形成薄而均匀的油膜，确保雾化装置的喷雾质量和对燃油喷嘴的有效热防护，本发明所述的双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法，给出了文氏管型面的相对面积变化沿轴向的最佳变化规律，按照这种规律进行文氏管型面的造型，可以保证在文氏管内实现燃油与一级旋流器空气的良好混合以及在文氏管壁面形成薄而均匀的油膜，保证双旋流雾化装置的喷雾质量，为今后的设计工作提供基础。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法，其特征在于：所述文氏管流道的设计包括对文氏管喉道截面的直径、文氏管喉道截面的轴向位置以及文氏管流道型面造型的设计，所述文氏管流道的设计方法包括以下步骤：
(1)收集燃烧室设计状态的燃烧室进口气流参数，包括空气压力、温度和流量，以及火焰筒流量分配计算中得到的流经单个火焰筒头部进气装置的一次流比例，根据以下公式计算出流经双旋流雾化装置的空气流量，
Wi0＝F1*Wa/(Ff0*i),
式中，Wi0-双旋流雾化装置的进气量，
F1-火焰筒头部进气装置的流通面积，
Wa-进入火焰筒的空气量，
Ff0—火焰筒总开孔面积，
i—火焰筒头部个数；
(2)根据经过文氏管的空气流量WO等于双旋流雾化装置的一级旋流器的流量WIN，按照以下公式计算一级旋流器的流量WIN，
WIN＝Wi0*(WIN/Wou)opt,
式中，Wou-二级旋流器流量，
(WIN/Wou)opt-一级与二级旋流器流量比的最佳值；
(3)按照文氏管喉道截面空气流动马赫数为0.1的原则，按照以下公式计算文氏管喉道直径d0，
d0＝(4F0/π)0.5，F0＝WIN*T0.5/(m*P*q(M0))，
式中，F0—文氏管喉道面积，
WIN—流经双旋流雾化装置的一级旋流器流量，
T—燃烧室进口空气温度，
m—常数＝0.3965，
P—燃烧室进口空气压力，
q(M0)—密流函数，
M0—文氏管喉道截面的马赫数；
(4)确定文氏管喉道轴向位置尺寸L0，使L0满足L0/d0＝0.6；
(5)确定文氏管流道进口尺寸d1和文氏管流道出口尺寸d2，使d1和d2满足d1/d0≥2.5，d2/d0＝1.3-1.5；
(6)确定文氏管流道型面造型，根据文氏管型面的相对面积变化沿轴向的变化规律确定，文氏管型面的相对面积变化沿轴向的变化规律符合以下公式，
(Fi-Fi+1)/Fi＝0.907Xi/L-0.65,
式中，Fi-文氏管内型面第i截面的面积，
Fi+1-文氏管内型面第i+1截面的面积，
Xi-文氏管内型面上任意横截面的轴向尺寸，
L-文氏管轴向长度尺寸；
2.根据权利要求1所述的双旋流雾化装置的文氏管流道的设计方法，其特征在于：所述步骤(6)中，在文氏管型面造型时，相对面积变化为0的轴向位置与文氏管喉道的位置相对应。
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