一种用于低污染燃烧室主级喷油的波纹形预膜式喷嘴

本技术属于航空发动机燃烧领域，具体涉及一种用于低污染燃烧室主级喷油的波纹形预膜式喷嘴。

背景技术：

1、目前，民用航空发动机向大气排放的污染物日益增多，对大气污染也日趋严重。为了控制飞机发动机排放对环境造成的影响，民机燃烧室污染排放要求满足国际民航组织icao caep标准，对nox排放要求越来越严格。目前，在民用航空发动机燃烧室中，常采用富油燃烧/快速淬息/贫油燃烧技术、贫油预混预蒸发等低污染燃烧技术用于减少航空发动机的nox排放。这些低污染燃烧技术均要求燃油与空气均匀混合，燃油与氧化剂混合的程度决定了燃烧的稳定性、燃烧效率和污染物排放。喷嘴作为航空发动机燃烧室中的重要部件之一就肩负着这一重任。预膜式喷嘴作为空气雾化喷嘴中的一种，其雾化过程较简单，燃油先通过预膜通道形成液膜，油膜受到两侧高速气流的剪切作用表面形成不稳定扰动，这些扰动进一步导致液膜波动，液膜波动会随着传播幅值不断增大导致液膜破碎实现雾化。预膜式喷嘴相比于离心喷嘴，在低工况下雾化效果较好，能够提高燃烧室燃烧效率，大大降低nox、冒烟等污染物排放，可应用于低污染航空发动机燃烧室中，具有较好的工程应用前景。

2、现有技术中预膜式喷嘴的预膜板表面为平整表面，板上的油膜仅在高速气流的剪切以及油膜自身湍流脉动的作用下形成不稳定扰动，逐渐失稳，从而发生破碎、雾化。预膜板上液膜的波动受燃油流量影响较大，当燃油流量较大时，预膜板上液膜波动程度较弱，会进一步影响到预膜板后液带的生成、破碎等，在气流速度较低的工况下会出现雾化质量下降的情况。

技术实现思路

1、本实用新型针对上述问题的不足，提出一种用于低污染燃烧室主级喷油的波纹形预膜式喷嘴，在表面光滑的传统预膜板上增加波纹结构，波纹结构有两种构形，一种构形为沿环形预膜式喷嘴中心轴线均匀分布的波纹结构。这种构形的预膜板可以促进液膜的破碎，使得预膜板后生成的液滴粒径减小。另一种构形则为沿环形预膜式喷嘴圆周方向均匀分布的波纹结构，采用此结构的预膜板可以增强液膜表面横向不稳定波动，使得液膜破碎产生的液带数量增加，液带之间的间距缩短，由液带进一步破碎形成的液滴在周向上分布更均匀。

2、本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是这样的：

3、用于低污染燃烧室主级燃油喷射的波纹形预膜式喷嘴，包括一级旋流器(4)、以及其内侧布置的二级旋流器(2)、三级旋流器(1)，其特征在于所述一级旋流器(4)为径向/轴向旋流器，二级旋流器(2)和三级旋流器(1)为轴向旋流器，其中一级旋流器(4)叶片安装方向与二级旋流器(2)叶片安装方向相反，相反的气动力作用更有利于预膜喷嘴(3)燃油雾化质量的提高，二级旋流器(2)与三级旋流器(1)同旋向/反向安装。一级旋流器(4)与二级旋流器(2)之间的壁面内部设置有波纹形预膜式喷嘴(3)，所述的波纹形预膜式喷嘴沿燃油流动方向依次包括喷油杆(5)、集油腔(6)、燃油内通道(7)和波纹形预膜板(8)。

4、进一步，所述预膜板表面设有波纹结构。波纹形预膜板共有a/b两种构形，a构形的波纹沿环形预膜式喷嘴中心轴线均匀分布。这种构形的预膜板可以促进液膜的破碎，使得预膜板后生成的液滴粒径减小。b构形的波纹沿环形预膜式喷嘴圆周方向均匀分布，波纹延申至预膜板尾缘。这种构形的预膜板增强液膜表面横向不稳定波动，使得液膜破碎产生的液带数量增加，液带之间的间距缩短，由液带进一步破碎形成的液滴在周向上分布更均匀。

5、进一步，所述a构形的波纹形预膜板其波纹形结构包括正弦波(300)、三角波(301)。将a构形的波纹形预膜板中轴线方向的截面定义为参考截面。参考截面上波纹的最高点定义为波峰，将波纹的最低点定义为波谷。将相邻两波峰之间的最短直线距离定义为波长λ，将相邻的波峰波谷之间的垂直距离定义为峰峰值h。

6、进一步，将所述参考截面上波纹的起始位置定义为起始点p1。起始点p1为波纹的波峰，将波纹的终止位置定义为中止点p2，将起始点p1与中止点p2沿喷嘴中轴线方向的距离定义为波纹形预膜板的长度l。对于正弦波(300)结构，起始点p1与燃油内通道壁面为相切的平滑过渡，有利于燃油在板上的流动。中止点p2为波纹的波谷对于正弦波(300)结构，中止点p2与预膜板尾缘为相切的平滑过渡。中止点p2为波纹的波谷可以有效减小预膜板尾缘的厚度，有效改善尾缘后回流区卷吸油滴造成尾缘后油滴堆积的情况，进一步提升了预膜式喷嘴的雾化效果。

7、进一步，所述波纹的波峰与波谷数量分别为n1和n2。波峰与波谷数量相等为4-10个，数量根据工况需求不同而不同。所述波纹的波长λ与波峰波谷数量相关，随波峰波谷数量变化，具体关系为λ＝l/n1。通过改变波纹形预膜板的波峰数量n1与峰峰值h，增强液膜在板上受到的扰动使液膜波动的幅值不断增大，促进液膜的破碎，使得预膜板后生成的液滴粒径减小。

8、进一步，所述b构形的波纹形预膜板其波纹形结构包括正弦波(300)、三角波(301)等形状。所述波纹形结构沿圆周方向呈周期性分布，单个波纹结构所对应的圆心角为α，1.5°≤α≥20°且为360°的正约数。整个预膜板上波纹的数量为n3，n3与单个波纹结构所对应的圆心角为α相关，随α大小变化，具体关系为n3＝360°/α。通过改变预膜板上波纹的数量n3，增强液膜表面横向不稳定波动，使得液膜破碎产生的液带数量增加，预膜板后生成的液滴粒径减小，液带之间的间距缩短，由液带进一步破碎形成的液滴在周向上分布更均匀。该喷嘴避免了主级喷嘴后方燃油集中现象，改善了温度分布情况，从而有效降低了主级nox的生成量。

9、本实用新型与现有技术相比的有益效果在于：

10、在表面光滑的传统预膜板上增加波纹结构，波纹结构有两种构形，一种构形为沿环形预膜式喷嘴中心轴线均匀分布的波纹结构。这种构形的预膜板可以促进液膜的破碎，使得预膜板后生成的液滴粒径减小。另一种构形则为沿环形预膜式喷嘴圆周方向均匀分布的波纹结构，采用此结构的预膜板可以增强液膜表面横向不稳定波动，使得液膜破碎产生的液带数量增加，液带之间的间距缩短，由液带进一步破碎形成的液滴在周向上分布更均匀。两种构形的波纹形预膜板均能更有效促进了预膜式喷嘴的液膜雾化过程，使得预膜板后生成的液滴粒径更小，分布更均匀，从而提高燃烧室低工况下燃烧效率，大大降低nox、冒烟等污染物排放，将来可应用于民用航空发动机低污染燃烧室中，具有较好的工程应用前景。

技术特征：

1.一种用于低污染燃烧室主级喷油的波纹形预膜式喷嘴，其特征在于，包括一级旋流器(4)，所述的一级旋流器(4)内侧设置有二级旋流器(2)、三级旋流器(1)；

2.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃烧室主级喷油的波纹形预膜式喷嘴，其特征在于，所述a构形的波纹形预膜板中，其波纹形结构包括正弦波(300)、三角波(301)的形状；所述波纹的波峰与波谷数量分别为n1和n2；波峰与波谷数量相等为4-10个，数量根据工况需求不同而不同；所述波纹的波长λ与波峰波谷数量相关，随波峰波谷数量变化，具体关系为λ＝l/n1或λ＝l/n2。

3.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃烧室主级喷油的波纹形预膜式喷嘴，其特征在于，所述b构形的波纹形预膜板中，其波纹形结构包括正弦波(300)、三角波(301)的形状；所述波纹形结构沿圆周方向呈周期性分布，单个波纹结构所对应的圆心角为α，1.5°≤α≥20°且为360°的正约数；整个预膜板上波纹的数量为n3，n3与单个波纹结构所对应的圆心角为α相关，随α大小变化，具体关系为n3＝360°/α。

技术总结本技术涉及一种用于低污染燃烧室主级喷油的波纹形预膜式喷嘴，属于航空发动机燃烧领域。在表面光滑的传统预膜板上增加波纹结构，波纹结构有两种构形，一种构形为沿环形预膜式喷嘴中心轴线均匀分布的波纹结构。这种构形的预膜板可以促进液膜的破碎，使得预膜板后生成的液滴粒径减小。另一种构形则为沿环形预膜式喷嘴圆周方向均匀分布的波纹结构，采用此结构的预膜板可以增强液膜表面横向不稳定波动，使得液膜破碎产生的液带数量增加，液带之间的间距缩短，由液带进一步破碎形成的液滴在周向上分布更均匀。本技术可应用于民用航空发动机低污染燃烧室中，具有较好的工程应用前景。技术研发人员：万炳良受保护的技术使用者：南京航空航天大学技术研发日：20230928技术公布日：2024/7/9