北航燃烧与燃烧室课程课件c_c_9_1
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燃烧与燃烧室
Similarly, the global continuity equation can be written as
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
In terms of the Hamilton Operator, the equation can be written as
∂Yi r ρ + ρ v ⋅∇Yi = ∇ ⋅ ( ρ Di ∇Yi ) + Ri ∂t
ρ
∂Yi ∂Y ∂Y ∂Y + ρu i + ρv i + ρ w i = ∂t ∂x ∂y ∂z ∂Yi ∂ ⎛ ⎜ ρD ∂x ⎝ ∂x ∂Yi ⎞ ∂ ⎛ ⎟ + ⎜ ρD ∂y ⎠ ∂y ⎝ ⎞ ∂ ⎛ ∂Yi ⎟ + ⎜ ρD ∂z ⎠ ∂z ⎝ ⎞ ⎟ + Ri ⎠
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
§2.2 Concentration and reaction rate
• Concentration: the mole number (or mass) of the ith species per unit volume, mole/m3 ,or kg/m3 • Reaction rate: the concentration increase of the ith species per second by combustion reaction, mole/m3/s, or kg/m3/s
The mass addition by reaction (supposing a reaction rate Ri) is
R i dxdydz
According to the definition of the mass variation
北航汽车发动机原理课件
北京航空航天大学汽车工程系
汽车发动机原理
北京航空航天大学汽车系 主讲：徐 斌
主要内容
•绪论
（3学时）
•第1章性能指标与影响因素 （4学时）
•第2章发动机工作循环 （4学时）
•第3章发动机燃料特性 （2学时）
•第4章换气过程
（5学时）
•第5章混合气形成和燃烧 （8学时）
•第6章燃料供给与调节 （4学时）
01:46
汽车发动机原理---绪论
汽车工程系 7
§0-1内燃机发展概况
• 1890年：第一台二冲程发动机， Clerk,Benz等 • 1892年：压燃式发动机理论形成， 1897第一台柴油发动机，Diesel
为产生雾化微粒使用压缩空气喷射， 发动机体机重量很大。
笨重的第一台柴油机
01:46
汽车发动机原理---绪论
•电喷技术的广泛应 用:
类型----机械式喷 射、电控喷射。多点 喷射、单点喷射等
01:46
汽车发动机原理---绪论
汽车工程系 19
§0-1内燃机发展概况
2.柴油机技术—高功率、高寿命、低油耗、 低排放
•Diesel于1897年研制了第一台柴油机。 •1910年Mckechnie完成了燃油高压喷射系统 研制，为康明斯发动机原型。
产生的原因：Nox取决于燃烧最高温度、燃烧室氧气浓度和生成Nox反 应滞留时间。
因而推迟点火和降低燃烧室高温是主要的手段。补燃增加、排烟增加经 济性下降。
微粒排放两类：液态微粒—燃油和润滑油，冷启动、怠速低负荷时产生。 固态微粒—不完全燃烧产生的碳烟，产生于大负荷。
01:46
汽车发动机原理---绪论
图为一台二冲程风冷发动机， 升功率高于四冲程机，存在扫 气损失，采用混合燃油，存在 烧机油，且HC排放高，油耗高。
汽车发动机原理
北京航空航天大学汽车系 主讲：徐 斌
主要内容
•绪论
（3学时）
•第1章性能指标与影响因素 （4学时）
•第2章发动机工作循环 （4学时）
•第3章发动机燃料特性 （2学时）
•第4章换气过程
（5学时）
•第5章混合气形成和燃烧 （8学时）
•第6章燃料供给与调节 （4学时）
01:46
汽车发动机原理---绪论
汽车工程系 7
§0-1内燃机发展概况
• 1890年：第一台二冲程发动机， Clerk,Benz等 • 1892年：压燃式发动机理论形成， 1897第一台柴油发动机，Diesel
为产生雾化微粒使用压缩空气喷射， 发动机体机重量很大。
笨重的第一台柴油机
01:46
汽车发动机原理---绪论
•电喷技术的广泛应 用:
类型----机械式喷 射、电控喷射。多点 喷射、单点喷射等
01:46
汽车发动机原理---绪论
汽车工程系 19
§0-1内燃机发展概况
2.柴油机技术—高功率、高寿命、低油耗、 低排放
•Diesel于1897年研制了第一台柴油机。 •1910年Mckechnie完成了燃油高压喷射系统 研制，为康明斯发动机原型。
产生的原因：Nox取决于燃烧最高温度、燃烧室氧气浓度和生成Nox反 应滞留时间。
因而推迟点火和降低燃烧室高温是主要的手段。补燃增加、排烟增加经 济性下降。
微粒排放两类：液态微粒—燃油和润滑油，冷启动、怠速低负荷时产生。 固态微粒—不完全燃烧产生的碳烟，产生于大负荷。
01:46
汽车发动机原理---绪论
图为一台二冲程风冷发动机， 升功率高于四冲程机，存在扫 气损失，采用混合燃油，存在 烧机油，且HC排放高，油耗高。
航空发动机燃烧学 8.2 燃烧室主要性能 课件(1)
-1-西北工业大学航空发动机燃烧学课程组《航空发动机燃烧学》燃烧效率CONTENTS-2-1 燃烧室主要性能2燃烧效率的定义3燃烧效率分析模型-3-燃烧室主要性能1•燃烧效率高•所有的化学能都转变成热能•排气清洁•不含烟尘、未燃燃料、CO 和NOx •无不稳定燃烧•不稳定燃烧会使燃烧性能恶化•燃烧稳定性好•燃烧室内可燃的汽油比范围宽•容易点火•在地面和高空都很容易点火•压力损失低•压力损失使发动机输出功减少•温度场分布均匀•若温度场不均匀会损害涡轮叶片•可维护性好•单元体设计，强调互换和通用•尺寸总量小•燃烧室尺寸形状与发动机匹配•易于加工、制造成本低•大修周期和总寿命长-5-焓增燃烧效率2.1**3344()a p f pf f b f a f p m c T m c T m LHV q m m c T ξ++-=+根据能量守恒有：ce f m LHVη()LHV mT c mT c m T c m m f f pf f p a p f a ce --+=**3344η燃油理论放热量燃烧室进出口工质的热焓增量现代燃烧室的燃烧效率范围：¤在海平面起飞（SLTO，Sea Level Take Off）和巡航状态下，大于99%；¤在慢车状态下，民机高于99%，军机可稍放宽。
¤在高空再点火后的状态，大于75%。
燃烧效率特性一般是指燃烧效率随燃烧室总空燃比、进口气流速度、温度和压力等变化的规律。
它一般是通过实验测得的。
贫富-9-燃气分析法燃烧效率2.3偏富一边下降变化陡偏贫一边下降变化平缓✓过多的油要吸热蒸发，使头部温度下降，炽燃区后移，部分油珠来不及燃烧；✓供油量过多容易造成较大油珠的数量增加；✓过富油容易产生积炭及冒烟，破坏气流结构；✓过分的富油往往使炽热区脱离回流区而导致熄火✓总的温度较低，较多的冷空气较早地掺入，使得反应速度降低，导致燃烧效率下降；✓过低的供油量使离心式喷嘴供油恶化，易造成火焰熄灭)am )am 烧室截面上的气流速度uma)ma综合现代各型燃烧室的燃烧效率的试验数据，可得现有燃烧室范围的极限：对设计有指导意义)(θηf c =-14-Thank You。
北航航空燃气涡轮发动机燃烧特性课件
（非加力式发动机的最大推力状态）
2012/11/7 5
最大连续状态
可以连续工作的最高推力状态 推力=85-90% Fmax ， n nmax ，T*4 T*4max 连续工作时间不限 一般用于飞机长时间爬升和高速平态
俄国发动机及其衍生的发动机使用的一种主要工 作状态 在地面试车条件下额定状态 推力=80-85% Fmax ， n = 95% nmax左右 涡桨和涡轴发动机也规定有额定状态 连续工作时间在规定的寿命范围内不受限制 一般常在飞机爬升时使用
其他状态
反推状态 应急状态 风车状态
2012/11/7
2
最大状态
发动机产生最大推力的工作状态
复燃加力发动机的全加力状态 涡轮前燃气温度、转速、空气流量、各部件的气动负 荷和热负荷以及加力温度都达到最大值，等于或接近 于相应的最大允许值 连续工作时间受到限制，通常为10 分钟 （个别发动机 不限制其连续工作时间） 限制这种最大负荷状态的总工作时间，通常不大于发 动机总寿命的30％～35％ 最大状态用于起飞、作战、爬升以及达到最大马赫数 或升限的飞行
13
共同工作关系式
T4* K const * q(2 )........(1) T2
以单轴涡喷发动机为例说明 为什么要制定控制规律 由共同工作条件和压气机特 性，在给定飞行条件，且涡 轮和尾喷管均处于临界和超 临界状态时： 当A8＝ A8d可获得共同 工作线 还需要且只需要补充一 个条件，共同工作点被 唯一确定 补充的条件即被控制参 数，被控参数的变化规 律即控制规律
发动机控制系统的作用非常重要 通过多个控制装置（如主燃油控制器， 加力燃油控制器、可变几何部件的位置 控制器等）实现对发动机的控制 在不同的飞行条件、环境条件、油门角 度下，控制装置用于实现以下控制：
北航航空燃气涡轮发动机燃烧特性课件
获得πTH =const 共同工作方程
2012/11/7
T4* KH 1 1 const * 1 T23 KH (1 )TH eTH
qmcor .23 KH
1
1 KHΒιβλιοθήκη KH CH11
高低压涡轮共同工作
流量连续条件
高压涡轮导向器喉道 截面流量与低压涡轮 导向器喉道截面流量 引入多变指数 nT
1 g 1 g
流量连续
KH
T4* const * qmcor .23 T23
核心机共同工作方程
联立消去温度比 当： πTH =const
(证明见下一页)
KH
T4* const * qmcor .23 T23
1
g 1
eTH THg
几何尺寸固定
2012/11/7 9
WTHm WKH
功平衡方程
1 * eKH 1 c T (1 )TH c pT23 ( ) eTH KH
* pg 4
T4* eKH 1 1 const * T23 KH (1 1 ) TH eTH eKH KH ，eTH TH
图3-3
2012/11/7 13
核心机共同工作线
共同工作线
几何不变的核心机，当低压 涡轮处于临界工作状态时： 无论飞行条件或发动机工作 转速如何变化 核心机的共同工作点总在共 同工作线上移动
共同工作线与每一条等相似 转速线（ n Hcor =const）有唯
2012/11/7
KH
* T4* qm 23 T23 T4* const * const * qmcor .23 * T23 P23 T23
航空发动机燃烧室概述》ppt课件模板
On the evening of July 24, 2021
22/34
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On the evening of July 24, 2021
3. 燃烧室部件
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On the evening of July 24, 2021
24/37
On the evening of July 24, 2021
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主要内容
第一章 航空发动机燃烧室概述（ 3学时） 第二章 航空发动机中的燃烧（3学时） 第三章 燃烧原理基础（3学时） 第四章 着火与熄火（3学时） 第五章 火焰传播与火焰稳定（3学时）
On the evening of July 24, 2021
13/34
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2. 燃烧室的基本性能要求
1、点火可靠 1）能在进口±50℃范围内实现良好的地面起动 2）高空熄火后能够再点火，保证安全 3）能在8-12km的高度实现可靠点火
发动机的点火高度是评定飞机或发动机的一个性能指标，目前 达到的高度为8-9km，采取补氧等措施后可达12-13km。提高 点火高度，也是目前研究的重要课题。 2、燃烧稳定 要求燃烧室在点燃以后，必须： 1）在规定的全部飞行高度、速度范围内都能稳定燃烧，不被吹熄 2）在a=2-50的范围内能稳定燃烧 3）避免不稳定燃烧（振荡燃烧）
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飞机
发动机
服役时间
特点
1G 2G 3G
F-86, Mig-15 F4, F404, Mig 21/23
Ends of 40’s
Turbojet
化学北京版九年级上册《第一节探索燃烧和灭火》课件公开课(5)
《三国演义》中的“赤壁之战”，曹操率百万水师乘船横渡 长江，声势浩大，却被周瑜的火攻和孔明“借”来的东风弄 得大败而逃。
（1）周瑜使用了“火箭”射到曹军的连环木船上，
“火箭”能使木船着火的原因是 __提__供_热__量__,_使_木__船__的__温_度__达__到__着_火__点。
（2）起火后曹军的部分船只逃脱，这些船没有被烧的原
课题1 燃烧和
一、燃烧的定义
通常所说的燃烧是指可燃 物和氧气发生的一种发光、放 热的剧烈的氧化反应。
实验探究1：
将小木条和小石块放在酒精灯上点燃， 观察现象。
得出结论：燃烧需要可燃物
实验探究2：
点燃二根蜡烛，其中一根扣上小烧杯， 观察现象。
得出结论：燃烧需要氧气（或空气）
实验探究3：
将一根木条放在空气中，另一根木条放 在酒精灯上点燃，观察现象。
3.高层楼房失火时，不能跳楼逃生、不要打开门 窗，这样会加大火势。应用湿毛巾捂住口鼻，弯
腰，寻找出口或关闭门窗等待救援。 视频
同学们，通过本节课的学习，希 望大家能安全用火、珍爱生命。
因是_清__除_了__可__燃_物___。
（3）孔明借来的东风不仅使火势吹向曹营，还为燃烧提
供了 充足的氧气
，使火势烧的更旺.
火险自救
1.火势不大，选择合适的方法和灭火器扑灭。 2.火势较大或有蔓延的趋势和可能，应立即拨打 119火警电话，并采取自救措施，用湿毛巾捂住 口鼻，蹲下靠近地面或沿墙壁跑离着火区域。
得出结论：燃烧需要达到燃烧所需 要的最低温度（也叫着火点）
着火点是物质固有的属性。不同物质着火点不同。 一般情况下，物质的着火点是不变的。磷
红磷
木材
木炭 无烟煤
燃烧与燃烧室
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
离心喷嘴的雾化
流量数:
FN ml Pl C d A n 2 l
离心喷嘴中 SMD 和喷嘴工作条件的变化之间的关系 SMD 随着流量数的增加而增大 SMD 随压降的增加而减小
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
离心喷嘴的SMD经验关系式 离心喷嘴的平均液滴尺寸经验关系式如下所示 :
甩油盘喷嘴
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
应用
• 英国RR公司研制的发 动机, 例如 Mamba, Pegasus, RB199等
蒸发管喷嘴
RB199
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
2.1 离心喷嘴
两种类型的离心喷嘴喷嘴
Simplex nozzle （单油路离心喷嘴）
Duplex nozzle （双油路离心喷嘴）
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
How to analyze the performances of combustor?
Multidisciplinary approach (多学科综合途径)
• Combustion, heat and mass transfer, aerodynamics, structure and material
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
离心喷嘴的流动特性
• 燃料以一定的切向速度进入最后的小孔 • 形成一片液膜同时在小孔下游形成一个空心油膜 • 液膜失稳破碎成液雾
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
离心喷嘴喷雾的各个形态
扭曲的射束
洋葱型喷雾
热能工程系
授课专用
离心喷嘴的雾化
流量数:
FN ml Pl C d A n 2 l
离心喷嘴中 SMD 和喷嘴工作条件的变化之间的关系 SMD 随着流量数的增加而增大 SMD 随压降的增加而减小
《燃烧与燃烧室》
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授课专用
离心喷嘴的SMD经验关系式 离心喷嘴的平均液滴尺寸经验关系式如下所示 :
甩油盘喷嘴
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应用
• 英国RR公司研制的发 动机, 例如 Mamba, Pegasus, RB199等
蒸发管喷嘴
RB199
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
2.1 离心喷嘴
两种类型的离心喷嘴喷嘴
Simplex nozzle （单油路离心喷嘴）
Duplex nozzle （双油路离心喷嘴）
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热能工程系
授课专用
How to analyze the performances of combustor?
Multidisciplinary approach (多学科综合途径)
• Combustion, heat and mass transfer, aerodynamics, structure and material
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
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离心喷嘴的流动特性
• 燃料以一定的切向速度进入最后的小孔 • 形成一片液膜同时在小孔下游形成一个空心油膜 • 液膜失稳破碎成液雾
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
离心喷嘴喷雾的各个形态
扭曲的射束
洋葱型喷雾
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PW4000(1987), Trent(1990),
RB211(1972), F100(1974), F119(2004)，太行……
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
Flows in pressure swirl atomizers(基本现象)
• Fuel enters the final orifice with an appreciable tangential velocity
• As a part of airblast atomizer, such as F101(1970), F110(1986), CFM56(1979(, GE90(1995) etc
Chinese WP7 engine(1966)
American F110(1986)
American CFM56(1979)
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
9ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0 Preface
Performances of combustor determined by: ➢ Fuel Atomization(燃油雾化) ➢ Combustor Aerodynamics（燃烧室空气动力学） ➢ Match of fuel droplets and air flow（燃油油雾与
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
Applications-4
•
Airblast atomizer (空气雾化喷嘴)
Engine developed after
1960’s, such as CF6(1971),
CFM56(1979), GE90(1995), F101(1970), F404(1980)，
(离心雾化喷嘴)
Rotary atomizer (Mechanical)
(旋转喷嘴)
Airblast atomizer (aerodynamic)
(空气雾化喷嘴)
《燃烧与燃烧室》
Vaporizer (蒸发管喷嘴)
热能工程系
授课专用
Applications-1
• Engine developed by Rolls Royce of Britain, such as Mamba(1946), Pegasus(F402,1958), RB199(1972) etc
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
How to predict the performance of a pressure swirl atomizer?
RB199
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
Applications-2
• Engine developed
Rotary atomizer (旋转喷嘴)
by Turbomeca of France, such as Marbore(1951), WZ8,
WJ9, F402(1958),
J69(1955) etc
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
Applications-3
Pressure swirl atomizer (离心雾化喷嘴)
• Early aircraft engine, such as Chinese WP6(1963), WP7(1966), J79(1954) of USA, BK-1(1948) of Russia etc
热能工程系
授课专用
Chapter 9
Performances of Aircraft Engine Combustor
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
Chapter 9. Performances of Combustor (上节课内容？)
§9.0 Preface §9.1 Fuel Atomization §9.2 Combustor Aerodynamics §9.3 Fuel Dispersion §9.4 Combustion Performance §9.5 Film Cooling §9.6 Summary
• A liquid sheet is formed with a hollow cone shape downstream of orifice
• Sheet breaks down into droplets
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
Stages in spray development with increase in fuel injection pressure for pressure swirl atomizers
空气流动的匹配）
➢ Combustion Performance（燃烧性能） ➢ Liner Cooling（壁面冷却）
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
9.1 Fuel atomization
The main functions of atomizer? ➢ Fast evaporation and combustion ➢ Improve fuel/air mixing
removable for service ➢ Robustness and reliability
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
Main types of atomizers(分类原则？why?)
Vaporizer (Heat) (蒸发管喷嘴)
Pressure swirl atomizer (Pressure)
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
Photographs illustrating spray development in a swirl atomizer from an experiment
Distorted pencil Onion stage
Tulip stage
Fully developed spray
《燃烧与燃烧室》
热能工程系
授课专用
Requirements for atomizers(你认为?)
➢ Provide good atomization over a wide range of fuel flow rates
➢ Rapid response to changes in fuel flow rates ➢ Freedom from flow instabilities ➢ Low cost, light weight, ease of maintenance and
RB211(1972), F100(1974), F119(2004)，太行……
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Flows in pressure swirl atomizers(基本现象)
• Fuel enters the final orifice with an appreciable tangential velocity
• As a part of airblast atomizer, such as F101(1970), F110(1986), CFM56(1979(, GE90(1995) etc
Chinese WP7 engine(1966)
American F110(1986)
American CFM56(1979)
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9ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0 Preface
Performances of combustor determined by: ➢ Fuel Atomization(燃油雾化) ➢ Combustor Aerodynamics（燃烧室空气动力学） ➢ Match of fuel droplets and air flow（燃油油雾与
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•
Airblast atomizer (空气雾化喷嘴)
Engine developed after
1960’s, such as CF6(1971),
CFM56(1979), GE90(1995), F101(1970), F404(1980)，
(离心雾化喷嘴)
Rotary atomizer (Mechanical)
(旋转喷嘴)
Airblast atomizer (aerodynamic)
(空气雾化喷嘴)
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• Engine developed by Rolls Royce of Britain, such as Mamba(1946), Pegasus(F402,1958), RB199(1972) etc
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How to predict the performance of a pressure swirl atomizer?
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• Engine developed
Rotary atomizer (旋转喷嘴)
by Turbomeca of France, such as Marbore(1951), WZ8,
WJ9, F402(1958),
J69(1955) etc
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Pressure swirl atomizer (离心雾化喷嘴)
• Early aircraft engine, such as Chinese WP6(1963), WP7(1966), J79(1954) of USA, BK-1(1948) of Russia etc
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Chapter 9
Performances of Aircraft Engine Combustor
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Chapter 9. Performances of Combustor (上节课内容？)
§9.0 Preface §9.1 Fuel Atomization §9.2 Combustor Aerodynamics §9.3 Fuel Dispersion §9.4 Combustion Performance §9.5 Film Cooling §9.6 Summary
• A liquid sheet is formed with a hollow cone shape downstream of orifice
• Sheet breaks down into droplets
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Stages in spray development with increase in fuel injection pressure for pressure swirl atomizers
空气流动的匹配）
➢ Combustion Performance（燃烧性能） ➢ Liner Cooling（壁面冷却）
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9.1 Fuel atomization
The main functions of atomizer? ➢ Fast evaporation and combustion ➢ Improve fuel/air mixing
removable for service ➢ Robustness and reliability
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Main types of atomizers(分类原则？why?)
Vaporizer (Heat) (蒸发管喷嘴)
Pressure swirl atomizer (Pressure)
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Photographs illustrating spray development in a swirl atomizer from an experiment
Distorted pencil Onion stage
Tulip stage
Fully developed spray
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Requirements for atomizers(你认为?)
➢ Provide good atomization over a wide range of fuel flow rates
➢ Rapid response to changes in fuel flow rates ➢ Freedom from flow instabilities ➢ Low cost, light weight, ease of maintenance and