喷嘴雾化燃油蒸发率物理测量试验系统与测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及燃气轮机以及内燃机领域，具体是一种喷嘴雾化燃油蒸发率物理测量 试验系统与测量方法。
【背景技术】
[0002] 目前无论是燃气轮机（包括地面燃气轮机和航空发动机），还是内燃机，均是通 过喷嘴把燃油喷入燃烧室内进行破碎、雾化、蒸发，并与空气进行掺混后，形成可燃混气，再 进行燃烧。随着目前对环境保护标准越来越严格，要求其污染物排放，特别是NO x排放，要 求越来越严格。
[0003] 为了降低其污染物排放，燃烧之前需把燃油经喷嘴喷出，对其雾化、蒸发，并与空 气掺混形成可燃混气，在燃烧室内有效降低其火焰燃烧温度，并提高其燃烧效率，从而大幅 度降低其污染物排放。为了对燃烧室进行设计与改进，需要获得燃烧室内距喷嘴不同距离 上的燃油蒸发率，特别是燃气轮机燃烧室的设计，燃油蒸发率直接决定了燃烧室内油气的 掺混情况。而目前有关喷嘴雾化燃油蒸发率的测量无论是国际还是国内都是难点，没有相 应的成熟的测试技术可以对喷嘴的燃油蒸发率进行定量测量。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种喷嘴雾化燃油蒸发率物理测量试验 系统与测量方法，采用物理测量的方法，可以对燃气轮机和内燃机所采用的喷嘴喷出的燃 油蒸发率进行定量测量。
[0005] 本发明提供的喷嘴雾化燃油蒸发率物理测量试验系统，包括内部连通的燃烧室和 旋风分离器，其中，燃烧室内装有喷嘴，燃烧室的出气口与旋风分离器的外壁相切；所述的 旋风分离器顶部通过排气管道连接到出口管道，旋风分离器侧部装有温控装置，旋风分离 器底部装有燃油采集装置，燃油采集装置包括与旋风分离器相连的燃油收集控制阀以及燃 油收集容器。
[0006] 进一步改进，所述的温控装置包括铠装热电偶和冷却水喷淋环，其中铠装热电偶 分布于旋风分离器内壁，通过信号采集卡与计算机相连；所述的冷却水喷淋环位于旋风分 离器顶部，通过冷却水控制阀与冷却水进口相连，冷却水控制阀与计算机相连。
[0007] 要通过物理方法来分离未蒸发的燃油和已经蒸发的燃油蒸气，首先必须要知道被 分离粒子的直径范围，燃气轮机和内燃机喷嘴喷出的燃油液滴尺寸分布最广的直径范围约 为10 μπι~200 μπι，因此设计旋风分离器时选取最小有效粒子直径为5 μπι，
[0008] 本发明提供的喷嘴雾化燃油蒸发率物理测量方法，包括以下步骤：
[0009] 1)质量为Mf的燃油从喷嘴中喷出，在燃烧室中油气混合后沿旋风分离器切向方向 进入旋风分离器；
[0010] 2)油气混合物沿旋风分离器内壁螺旋旋转运动，油珠从油气混合物里被分离出 来，沿着旋风分离器内壁流到底部的燃油收集控制阀，已经蒸发的燃油蒸气以及空气向上 进入排气管道，经出口管道排出；
[0011] 3)试验结束后打开燃油收集控制阀，利用燃油收集容器对未蒸发燃油进行收集并 称重，得到未蒸发燃油质量M ;
[0012] 4)设已蒸发的燃油质量为MvapOT，则燃油的蒸发率Tl为
【主权项】
1. 一种喷嘴雾化燃油蒸发率物理测量试验系统，其特征在于：包括内部连通的燃烧室 (14)和旋风分离器（5)，其中，燃烧室（14)内装有喷嘴（4)，燃烧室（14)的出气口与旋风分 离器（5)的外壁相切；所述的旋风分离器（5)顶部通过排气管道（6)连接到出口管道（16)， 旋风分离器（5)侧部装有温控装置，旋风分离器（5)底部装有燃油采集装置。
2. 根据权利要求1所述的喷嘴雾化燃油蒸发率物理测量试验系统，其特征在于：所述 的温控装置包括铠装热电偶（7)和冷却水喷淋环（3)，其中铠装热电偶（7)分布于旋风分离 器（5)内壁，通过信号采集卡（8)与计算机相连（9);所述的冷却水喷淋环（3)位于旋风分 离器（5)顶部，通过冷却水控制阀（2)与冷却水进口（1)相连，冷却水控制阀与计算机（9) 相连。
3. 根据权利要求1或2所述的喷嘴雾化燃油蒸发率物理测量试验系统，其特征在于： 所述的燃油采集装置包括与旋风分离器（5)相连的燃油收集控制阀（10)以及燃油收集容 器（11)。
4. 根据权利要求1或2所述的喷嘴雾化燃油蒸发率物理测量试验系统，其特征在于： 所述的旋风分离器（5)最小有效粒子直径为5ym。
5. -种喷嘴雾化燃油蒸发率物理测量方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 质量为Mf的燃油从喷嘴中喷出，在燃烧室中油气混合后沿旋风分离器切向方向进入 旋风分离器； 2) 油气混合物沿旋风分离器内壁螺旋旋转运动，油珠从油气混合物里被分离出来，沿 着旋风分离器内壁流到底部的燃油收集控制阀，已经蒸发的燃油蒸气以及空气向上进入排 气管道，经出口管道排出； 3) 试验结束后打开燃油收集控制阀，利用燃油收集容器对未蒸发燃油进行收集并称 重，得到未蒸发燃油质量M; 4) 设已蒸发的燃油质量SMvapOT，则燃油的蒸发率n为
6. 根据权利要求5所述的喷嘴雾化燃油蒸发率物理测量方法，其特征在于：旋风分离 器外壁使用喷淋冷却水或水套冷却，通过调节冷却水的流量使得旋风分离器（5)筒体内壁 温度略低于燃油的蒸发温度。
【专利摘要】本发明提供了一种喷嘴雾化燃油蒸发率物理测量试验系统与测量方法，试验系统包括内部连通的燃烧室和旋风分离器，燃烧室的出气口与旋风分离器的外壁相切；所述的旋风分离器顶部通过排气管道连接到出口管道，旋风分离器侧部装有温控装置，旋风分离器底部装有燃油采集装置。本发明采用物理分离方法来测量喷嘴后通道不同横截面上的燃油蒸发率，油气混合物进入旋风分离器筒体后，沿着筒壁形成螺旋旋转运动，惯性较大的油珠从油气混合物里被分离出来，已经蒸发的燃油蒸气从旋风分离器中心的管道向上排出，从而可以对燃气轮机或内燃机中燃油经喷嘴喷入燃烧室中某一横截面上燃油蒸发率进行定量测量，试验结果可用于对燃烧室与喷嘴的设计进行优化。
【IPC分类】G01M13-00
【公开号】CN104807620
【申请号】CN201510170592
【发明人】颜应文, 王亚军, 李井华, 党龙飞, 刘勇
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月10日