摘要
压力旋流离心式雾化喷嘴因其雾化性能好、能耗低、宽工况等独特的工作特点在航空发动机中得到了广泛的应用。本文以某型双路离心喷嘴为研究对象，首先，运用数值模拟与实验相结合的方法，对双路离心式燃油喷嘴外部雾化场特性、内部填充规律及燃油破碎机理进行了研究，建立了双路离心喷嘴燃油雾化模型，探究了主副油路之间液膜融合的机制。然后，在原有喷嘴的基础上，以削弱主、副油路液膜之间的融合现象为目的，利用数值模拟的方法对喷嘴的结构进行了预测仿真优化，给出宏观优化设计方向。本文主要研究内容包括以下几方面: 首先，系统性的论述了整个实验方案，全面介绍了燃油雾化实验系统，给出测量原理及方法，测定了 28种不同工况下的燃油雾化场的结果。研究结果表明:燃油在离开喷嘴后，会获得极高的初始动能，燃油在向下游发展过程中，雾化粒度逐渐减小;双油路同时供油时，雾化场的的参数变化主要由主油路主导，副油路起到辅助作用;在低压供油时，喷嘴的雾化效果并不好，会在喷嘴出口处出现液滴聚集现象。 其次，利用数值模拟的方法采用大涡模拟进行了燃油雾化气液两相流数值模拟分析，研究了不同工况下的离心喷嘴雾化特性及破碎机理。研究结果表明:副油路单路供油时，随着燃油压力的增加，液体的动量比增加，雾化锥角在低供油压力时受供油压力影响，后受喷嘴结构影响;供油压力较低时，韦伯数较低，液膜表面产生一种沿液膜表面正弦方向变化的表面波，开尔文-赫姆霍兹（K-H）不稳定性主导液体破碎雾化，当供油压力较高时，韦伯数较高，液柱破碎以瑞利-泰勒（R-T）不稳定性为主;双油路同时供油时，两个油路的液膜会发生卷吸并出现融合现象。 最后，利用数值模拟的方法对在原结构基础上改变旋流室长径比及喷口形状的6种不同结构进行了数值模拟预测。研究结果表明:主、副油路喷嘴出口处的水平连接处及副油路燃油的喷出距离，是两个油路液膜融合的关键因素;减小副油路喷口直径，会明显改善两个油路液膜融合的情况，但在低压供油时会出现少量的液体回腔现象;改变喷嘴旋流室的长径比，会加剧两个油路的液膜融合现象;主、副油路同时供油时，应提高副油路的供油压力，可以有效减少主、副油路燃油卷吸现象。
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