喷气燃料燃烧液体燃料课件.ppt

1、本章要点本章要点 了解喷气发动机中正常燃烧的过程了解喷气发动机中正常燃烧的过程 掌握燃料性质对燃烧的影响：掌握燃料性质对燃烧的影响：l启动启动l燃烧稳定性燃烧稳定性l燃烧完全度燃烧完全度l生碳倾向生碳倾向 掌握生碳倾向的评价指标掌握生碳倾向的评价指标第十章 喷气发动机中的燃烧.第一节 涡轮喷气发动机中燃料的燃烧过程.燃烧过程空气经多级压缩(7)，分两部分进入燃烧室：约2530%，从火焰筒头部和前几排孔进入筒内前部(燃烧区)，温度达280以上，流速经旋流器从130m/s降到1525m/s，以利稳定燃烧。燃料从火焰筒头部喷入，起动点火后连续燃烧。燃烧室头部温度很高(近2000)，喷出的燃料瞬间即蒸

2、发并与空气混合燃烧。虽然理论上进入涡轮的燃气温度愈高，热效率也愈高，但涡轮叶片的耐热强度一般不允许超过900950。.其余空气(7075%)从火焰筒的开孔进入中部冷却区，使温度降低到900以下。火焰筒头部混合气的浓度接近化学恰当比1，以利燃烧，而出口时混合气浓度则很低，4。.加力燃烧高温高压的燃气通过涡轮作功(带动压缩机及附件运转)，温度和压力有所降低。此时燃气中仍含有大量的剩余空气(氧气)，需要时可在加力燃烧室中继续喷入燃油，利用高压电源在预燃室将预先混合好的燃料混合气点燃。混合气着火后，火焰从预燃室喷出，从而引燃加力燃烧室内的全部混合气。使用加力燃烧室可以提高燃气的温度和排气的流量和气流速

3、度，增大发动机的推力。.喷气发动机中燃烧的特点燃烧是连续的，只在起动时点火。加力燃烧室只是在短时期作辅助动力之用，应能随时点着；燃烧是在气流速度较大的条件下进行的；排气的温度不能过高，否则将烧坏尾喷管。.喷气发动机对燃料燃烧性的要求1)燃料应具有适当的热值和密度，以保证发动机获得最大的推力，同时使飞机具有最大的航程；2)在严寒地区冬季和在高空低温下临时熄火时应保证发动机易于再起动；3)燃料在发动机中应燃烧稳定，保证在工作条件急剧变化时不致熄火；4)燃烧完全，不易生成积炭，保证发动机长期正常工作并有良好的经济性。.第二节燃料性质对喷气发动机起动性能的影响 喷气发动机燃料不仅应保证发动机在严寒冬季

4、地面能迅速起动，而且应使发动机在高空熄火时能迅速点燃，恢复正常燃烧，保证飞行安全。.发动机高空再起动困难压缩器在迎面气流的作用下空转，不起增温、增压作用；飞行速度引起的气流冲压作用对进气的温度和压力有一定的影响。飞行速度降低，冲压作用减小，燃烧室进气压力及温度亦随之下降。飞行高度增加则进气温度和压力下降。.决定点火成败的因素：l燃料的性质l混合气的成分(值)l温度速度l压力高度l点火能量的大小l混合气流动的性质(气流速度和紊流强度)起动包线各种飞机的发动机根据飞行特性的要求，只有在一定的飞行高度和速度范围内才可以顺利进行空中起动，这个范围称为起动包线。.影响燃料的起动性的因素：燃料的自燃点、着

5、火延滞期(诱导期)、燃烧极限、着火的临界压力、可燃混合气最低点火能量、燃料的蒸发性大小、燃料的粘度和雾化程度等。.蒸发性方面轻质成分多，低温下容易形成可燃混合气，发动机即易于起动。轻质成分对发动机起动性质的影响可用燃料的10%馏出温度表示。（常采用不含铅的航空汽油作为起动燃料）粘度方面燃料的粘度大，雾化差，起动困难，起动温度高。要求燃料-40时的粘度不大于610mm2/s。国产l号、2号、3号喷气燃料-40时粘度约为56mm2/s。.第三节 喷气燃料燃烧的稳定性 燃烧稳定性指燃料在宽广的余气系数范围内均能进行正常的燃烧而不致熄火。首要条件：火焰传播的速度应等于或略大于气流速度。由于烃类燃料在紊

6、流中的火焰传播速度最大为2025m/s，而从压缩机出来的空气流速超过130m/s，因此，必须采取措施使空气流速降低到适当的水平。目前多在燃烧室头部采取扩压并通过旋流器使在燃烧室中部产生一个流速约为1525m/s的燃烧区域，以使于火焰稳定。.一、发动机工作条件对燃烧稳定性的影响一、发动机工作条件对燃烧稳定性的影响l压力提高进入发动机空气的压力可以提高紊流火焰传播速度，因为压力增大时气流的脉动速度随之增加，因此，增加空气进气压力有利于提高燃烧的稳定性。2温度提高空气温度能使化学反应速度增快，也能提高层流或紊流火焰传播速度，因而对燃烧稳定性是有利的。.3飞行高度飞行可度增大后，大气的温度和压力均降低

7、，使火焰传播速度减小，燃烧极限也迅速缩小，其中主要是贫油燃烧极限变化很显著。.二、燃料组成对燃烧稳定性的影响二、燃料组成对燃烧稳定性的影响 组成：燃烧极限烷烃和环烷烃燃烧极限宽，燃烧稳定；芳烃燃烧极限窄，燃烧不稳定。燃料的蒸发性(或馏分组成)对燃烧稳定性也有影响 燃烧稳定性还与燃料雾化的程度及混合气质量有关。雾化程度又取决于燃料的粘度和表面张力以及喷油嘴的构造等。.第四节 喷气燃料的燃烧完全度 燃料燃烧的好坏以燃烧效率(又称释热系数)或燃烧完全度表示：Qs单位重量燃料实际放出的热量(kJ),Qj燃料的低热值（理论发热量）燃料的燃烧完全度影响燃料的单位消耗量也影响飞行的航程。jsQQ100100

8、jsQQ.一、工作条件对燃烧完全度的影响一、工作条件对燃烧完全度的影响l进气压力燃烧室进口处空气压力大于1.3kg/cm2时，压力的变化对燃烧完全度无显著影响；当压力低于lkg/cm2时，燃烧完全度使显著降低。原因：进气压力降低后，气流的紊流强度减弱，导致燃料的雾化分布质量低劣及燃烧速度下降。此外，空气压力降低后，燃料从喷嘴喷出形成的锥面扩大，有可能碰在火焰筒壁上，使部分燃料不能和空气很好混合，参与燃烧。.2进气温度 进气温度高，燃料的燃烧效率也高，反之则低。由于进入燃烧室的空气经过压缩器升压、升温，在燃烧室进口处的空气温度绝对值较大，同时，温度随高度的变化关系不如压力随高度的变化急剧，故温度

9、对燃烧效率影响的程度相对地较小。但是在混合气特别富油或特别贫油时，影响程度增大。当进气温度降低时，燃料的化学反应速度降低，同时燃料的蒸发速度及扩散速度也减小，因此，燃烧效率相应降低，.3发动机转速发动机涡轮转速愈高，压缩器出口空气 温度和压力也愈高，流速也加大，所有这些都促使燃烧更完全。4飞行高度飞行高度增加，空气温度及压力均降低，燃烧室进气的温度及压力亦随之降低，因此，燃烧完全度下降。除上述外，燃气的混合比对燃烧完全度也有影响。在接近理论混合比时，燃烧效率最高，不论过稀过浓，燃烧效率均下降。.二、燃料性质对燃烧完全度的影响二、燃料性质对燃烧完全度的影响 影响燃烧完全度的燃料性质主要是粘度、蒸

10、发性及化学成分。l粘度燃料的粘度大则雾化质量差，燃烧的完全度下降。改进喷嘴构造使雾化分布质量提高后，可使燃烧完全度受粘度影响的程度减到最小。2.蒸发性低空下蒸发性对燃烧完全度影响很小。高空条件下燃烧时，蒸发性较高的燃料具有稍好的燃烧完全度，.在过度贫油和过度富油时，燃料馏分的影响比较显著在稀混合气情况下，轻质燃料的燃烧完全度较高，而重质燃料的燃烧完全度较低。在浓混合气的情况下，结果刚好相反。这是因为在稀混合气中，蒸发性较大的轻质燃料比较易于形成可燃混合气，而重质燃料则较困难。相反地在浓混合气中，燃料蒸气已经过剩，轻质燃料的挥发性会进一步促使混合气变得更浓，而不利于完全燃烧，因此燃烧完全度反而下

11、降。馏分过重的燃料，即使在一般情况下也不能保证燃料在发动机中良好的燃烧。.3烃类组成在正常情况下，燃气涡轮发动机中的燃烧是在高温(280以上)和较大压力(0.71.0MPa)下进行的，燃料中不同的化学组成对燃烧完全度无显著的影响。在高空条件下，由于温度和压力显著降低，或由于混合气过稀、过浓等，燃料燃烧的完全度明显地受到燃料化学组成的影响。在不良的工作条件下，烷烃燃烧比较完全，环烷烃稍差，而芳香烃最差。.第五节第五节 喷气燃料生成积炭的倾向喷气燃料生成积炭的倾向一、积炭的生成和危害一、积炭的生成和危害 聚集在喷嘴上的积炭会影响燃料雾化，使火焰前锋变形和燃烧过程变坏。燃烧过程变坏后，将进一步使积炭

12、增多。积炭附在火焰筒壁上使局部温度梯度变大，产生应力，引起火焰筒的变形和裂纹。积炭脱落，会随气流进入涡轮中擦伤涡轮叶片。点火器电极上积炭会使电极“连桥”排气冒黑烟.二、影响积炭生成的因素二、影响积炭生成的因素 燃料燃烧时在发动机中生成积炭的倾向，与燃烧室的构造、发动机工作条件及燃料的性质都有关系，而且燃烧室构造对积炭生成的影响程度比工作条件和燃料性质的影响程度为大。设计燃烧室时必须考虑到防止积炭的生成。为达此目的必须减少燃烧室中的局部富油区域，特别是要防止在靠近火焰筒壁的地方出现富油混合气，并应尽力减少大的燃料颗粒，防止液态燃料与火焰简壁直接接触。如在靠近筒壁及喷嘴周围组织冲刷气流或采用雾化良

13、好的喷嘴，均有利于降低积炭的生成。.影响喷气发动机中积炭生成的燃料性质主要是烃类结构和蒸发性大小，而烃类结构不同及蒸发性大小又都和比重有关，因此，积炭生成和燃料比重之间也有一定的关系。燃料的蒸发性低，在燃烧过程中处于液态的时间较长，其高温下裂化的倾向使增大，因而容易产生积炭。影响积炭生成最重要的燃料性质是烃类组成。沸点愈高，碳氢比值愈大的燃料，生成积炭的倾向愈大。不同烃生成积炭的倾向:双环芳烃单环芳烃带侧链芳烃环烷烯烷.为了防止在燃烧室中生成积炭，航空煤油中的芳香烃含量大都不允许超过2025%(国内规格规定不超过20%)，双环芳烃的含量在航空煤油的技术指标中没有规定，但有的试验资料指出，双环芳

14、烃的含量超过3%以后，积炭的危害即较显著。燃料中含有较多的含氮、氧、硫的化合物时，较易在电极间产生积炭而造成短路。利用加强精制的办法除去上述物质，.三、生碳倾向的评定方法1、无烟火焰高度无烟火焰高度无烟火焰高度又称烟点，是燃料在规定条件下燃烧时不生烟的最大火焰高度。是评定喷气燃料和煤油燃烧时积炭生成量的指标。.喷气燃料和煤油的烟火焰高度是控制燃料中的化学组成，保证燃料正常燃烧的主要质量指标。因为燃料中合芳香烃愈多，则其无烟火焰高度愈小，喷气燃料的无烟火焰高度与发动机中燃烧时生成的积炭量有密切的关系。燃料的无烟火焰高度愈小，生成的积炭量愈多。.2 2、辉光值、辉光值(LN)(LN)辉光值是在固定

15、火焰辐射强度下(于可见光谱的黄绿带内)火焰温升的数值。辉光值测定器主要由三个部分组成：一个由测烟点的灯改制成的烟灯，一个火焰温升测定系统和一个火焰辐射强度测定系统。.辉光值测定是在相当于四氢萘烟点时的固定辐射强度下将试验燃料和两个标准燃料分别在规定的烟灯中燃烧，比较它们火焰温度的升高值而得出的。标准燃料：四氢萘，辉光值0；异辛烷，辉光值100。试验燃料的辉光值按下式求出:100TTTTLN四氢萘异辛烷四氢萘试验燃料.燃料的辉光值愈高，表示燃料的燃烧性能愈好，燃烧愈完全，燃烧时生成的积炭倾向愈小。辉光值的大小决定于燃料的化学组成，大致按下列顺序递减：正烷烃异烷烃环烷烃烯烃芳香烃。我国喷气燃料的辉

16、光值要求不低于45。.3、烟挥指数烟挥指数SVI 烟挥指数SVI为烟挥发性指数的简称，为无烟火焰高度(烟点)与燃料在204.4以前馏出量体积百分数的0.42倍之和，即SVI=h+0.42Vh烟点，mm；V204.4(400F)前馏出量体积%。.烟挥指数也是表示喷气燃料燃烧性能的一项指标，它把燃料生成积炭的倾向和含有适量的轻质馏分以便于起动的性能结合在一起。烟挥指数愈高，表示燃料的燃烧完全度与起动性愈好。目前各国只有极少数燃料对烟挥指数作了规定，其中主要是美国对其使用最多的JP-4喷气燃料，以及英国、法国对相应的JP-4燃料均规定其烟挥指数不低于52或54。.总结烷烃和环烷烃是喷气燃料的理想组分烷烃和环烷烃是喷气燃料的理想组分：蒸发性好，有利起动和再点火；燃烧极限宽，燃烧稳定，不易熄火；燃烧完全 生烟倾向小.作业喷气燃料的理想组分是什么？为什么？.