工程熱物理所發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室測(cè)量技術(shù)研究取得進(jìn)展

　　液體燃料的霧化和蒸發(fā)對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室研制是一個(gè)至關(guān)重要的過(guò)程，而霧化又是蒸發(fā)的基礎(chǔ)。未來(lái)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于軍機(jī)是高溫升乃至超高溫升燃燒，對(duì)于民機(jī)是低污染燃燒，這都對(duì)燃燒室內(nèi)設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)和要求。其中影響燃燒性能的最為關(guān)鍵的因素之一是燃油霧化過(guò)程，其對(duì)地面起動(dòng)點(diǎn)火、高空再點(diǎn)火、燃燒穩(wěn)定性、污染物排放和出口溫度分布等燃燒室關(guān)鍵性能有決定性的影響。

　　當(dāng)前，國(guó)產(chǎn)商用大飛機(jī)和下一代軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)組合式空氣噴嘴提出了需求，而國(guó)內(nèi)缺少模擬發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)高壓高溫環(huán)境的霧化實(shí)驗(yàn)臺(tái)，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所擁有國(guó)內(nèi)唯一的霧化特性平面激光測(cè)量平臺(tái)，但只在常溫常壓燃燒室內(nèi)開展了大量研究，急需提高霧化特性平面激光成像測(cè)試技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的應(yīng)用水平，以用于先進(jìn)分級(jí)/分區(qū)組合式空氣霧化噴嘴的霧化機(jī)理研究和應(yīng)用研發(fā)。

　　基于先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)新型燃燒技術(shù)的研制需求及霧化研究存在的問(wèn)題，工程熱物理所輕型動(dòng)力中心利用廊坊研發(fā)中心的硬件實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)能模擬發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中高壓高溫霧化環(huán)境且能進(jìn)行光學(xué)測(cè)量的燃燒室實(shí)驗(yàn)件，為開展燃油噴嘴高溫高壓霧化特性研究提供測(cè)試環(huán)境；然后通過(guò)提升常溫常壓霧化特性平面激光測(cè)量系數(shù)的硬件水平，根據(jù)高溫高壓霧化特性的測(cè)量特點(diǎn)和難點(diǎn)，設(shè)計(jì)適用于高溫高壓燃燒室內(nèi)燃油空間分布測(cè)量、粒徑測(cè)量及標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)方案和圖像后處理方案；基于這兩方面的工作，提高霧化特性平面激光測(cè)量技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的應(yīng)用水平。

　　目前，研究人員已經(jīng)完成霧化特性平面激光成像測(cè)量系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和論證、實(shí)驗(yàn)室配套裝置的改造、高溫高壓光學(xué)可視燃燒室實(shí)驗(yàn)件的設(shè)計(jì)、加工、安裝和調(diào)試，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)狀態(tài)參數(shù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在高溫高壓霧化特性光學(xué)測(cè)量方面，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了真實(shí)燃燒室內(nèi)高溫高壓實(shí)驗(yàn)條件下的流場(chǎng)和燃油空間分布測(cè)量，得到了壓力和溫度對(duì)LIF信號(hào)強(qiáng)度的影響規(guī)律，正在開展高溫高壓環(huán)境下的二維粒徑測(cè)量方法研究。部分研究成果已經(jīng)在國(guó)際會(huì)議ASME 2016 Turbo Expo上發(fā)表。

圖1 高溫高壓霧化特性光學(xué)診斷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

圖2 分層部分預(yù)混新型燃燒室流場(chǎng)結(jié)構(gòu)

圖3 壓力對(duì)LIF燃油空間分布的影響規(guī)律