航天发动机燃烧室解析
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航天发动机燃烧室
目录
航空和发动机燃烧室概述 燃烧室的结构 燃烧室的分类 燃烧室的工作过程
发展趋势
航空和发动机燃烧室概述
• 燃烧室：是燃气涡轮发动机的重要部件，其功用是把 高 压空气与燃油混合燃烧，将化学能转变为热能， 形成高温高压的燃气 。
航空和发动机燃烧室概述
• 待定
• 进口气流速 度很大
• 燃烧室容积 很小
旋流器：在装有旋流器的燃烧室中，少量空气形成了气体的回流。 气流的轴向速度分布：形成顺流区、逆流区、过渡区。 过渡区：形成气流速度等于火焰传播速度的条件，既满足火焰稳定的 条件。速度梯度大，紊流强度大，发生着强烈的稳流质量交换的过程， 提供了不断流向火焰筒前端的高温燃气，这促使燃料迅速蒸发，并保证 新鲜混气被不断点燃。 主燃孔：将空气导入火焰筒前部参加燃烧过程。由于空气的进入流速 较高，因此在每一主燃孔处均形成一气柱状射流。阻止旋流器下游气流 的旋转，使回流区截止在主燃孔所在的截面附近。 气膜孔：形成保护气膜，使壁温在容许的范围内。 补燃孔及掺混孔：以柱状射流的形式进入火焰筒，经过掺混、降温形 成所要求的出口温度场。
燃烧室。
点击随着技术发展近 来已有许多大型燃气 轮机开始采用环形燃 烧室，带单独头部的 环形燃烧室主要用在
航空发动机。
分管燃烧室
环管燃烧室
环形燃烧室
• 由若干个 管式燃烧 室组成一 个整体的 燃烧室称 为分管形 燃烧室
由若干个管式燃烧室组成一个整体的燃烧室称为分管形 燃烧室
燃烧室的分类
一般燃气轮机有六 个至十几个燃烧室 ，由于各燃烧室相 互独立，故称为分 管形燃烧室。图示 为有10个单独燃烧 室的分管形燃烧室 。
燃烧室的分类 • 全环形燃 烧室只有 一个整体 的环形燃 烧室空间， 也只有一 个环形火 焰筒
在环形燃烧室空间内有火焰筒，火焰筒也是环形结构，火焰筒前方 圆周有多个孔是空气入口（安装涡流器位置），火焰筒环形出口对 向涡轮叶片
燃烧室的分类
• 带单独头部的 环形燃烧室与 环形燃烧室仅 火焰筒不同， 其结构相当一 个短全环形燃 烧室前端接数 个单管火焰筒 的头部
减速，增压 喷油雾化 燃烧在其内进行 形成回流区，火焰稳定器 启动点火 点燃没有点火器的其他火焰筒
燃烧室的分类
分管形燃烧室是 较老式结构，现在用 的较少，其他形式燃 烧室是在该基础上发 展而来。
环管形燃烧室较多用在能 源等大型涡轮发动机上， 目前在燃气——蒸汽联合 循环发电系统中使用的燃 气轮机大多数采用环管形
燃烧室的分类
燃烧室工作过程
1、燃烧室气流流型 在燃烧室内建立适当的气流流型是组织燃烧的基础。 满足要求： ➢产生回流区，确保可靠点火，火焰稳定及燃烧完全； ➢能促进燃油与空气混合，形成所需要的浓度场； ➢在壁面形成保护气膜，使壁温在允许的范围内； ➢通过掺混、降温形成所要求的出口流场和温度场。
燃烧室工作过程
燃烧室工作过程
2、燃烧室中的燃料分布
燃料喷出后，形成一锥形空心油膜，迅速扩大变薄 而破裂成细小的油珠群，同时穿出回流区进入紊流度 很大的过渡区，其中大油珠可以穿到顺流区，而最小 的油珠则可能被回流区的气流带走。在强烈的紊流换 热和换质的条件下，油珠不断蒸发并与不断进入火焰 筒头部的新鲜空气强烈混合，形成适宜于燃烧的新鲜 混气。 燃料在火焰截面上呈非均匀分布，大部分集中在油 雾锥面附近，在离开油雾锥面的地方，燃料浓度迅速 减小，而余气系数与之相反。燃料分布不均匀使燃烧 室内燃烧在各种突变情况下保持稳定。
• 燃烧室工作 特点
• 进口参数变化大
• 出口气流温度 不能过高
• 工作温度高
航空和发动机燃烧室概述
对主燃烧室 的性能要求
1、点火可靠
3、燃烧完全 5. 压力损失小
7. 排气污染少
2、出口温度场符合要求 4、燃烧稳定 6.尺寸小重量轻 8. 寿命长
燃烧室结构
筒 • 旋流器 • 点火器 • 联焰管
燃烧室工作过程
3、燃烧室燃烧过程
点火器点燃过渡区内的可燃气体，形成 火焰焰锋，边燃烧边向下流动，其中一部分 进入逆流区。逆流区充满高温燃烧产物，一 方面可作为高温点火源，另一方面为液体燃 料蒸发提供热量。
回流的高温燃气逆流到喷嘴附近，将刚 喷进来的燃料蒸发，并从旋流器进入的空气 迅速掺混，形成轴对称分布的可燃混合气浓 度分布，当可燃混合气经过渡区固定点火源 时，被点着形成火焰焰锋。
燃烧室的结构
燃烧室的分类 • 环管形燃烧室只有
一个整体的燃烧室， 在本例中燃气轮机 的外壁就是燃烧室 的外壁，在燃烧室 内有若干个火焰筒 （包括过渡段）绕 燃气轮机主轴排列
燃烧室的分类
• 燃料（燃油或天然气）通过燃烧室端部燃 料入口进入，由燃烧器喷嘴喷入火焰筒， 喷入的天然气与压气机压入的高压空气在 燃烧室火焰筒里混合燃烧。燃烧使气体温 度剧烈上升，膨胀的高温高压燃气从过渡 段喷出，进入透平做功
从主燃孔导入二股空气，一部分向主燃 区补充新鲜空气，一部分截断回流区。从补 燃孔进入的空气，用于补充燃烧；从掺混孔 进入的空气，与高温燃气混合，降低燃气温 度，形成所要求的出口温度。从气膜孔进入 的空气用来在火焰筒壁面附近形成保护气膜， 使壁温在容许范围内。
谢谢 THANKS
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航空和发动机燃烧室概述 燃烧室的结构 燃烧室的分类 燃烧室的工作过程
发展趋势
航空和发动机燃烧室概述
• 燃烧室：是燃气涡轮发动机的重要部件，其功用是把 高 压空气与燃油混合燃烧，将化学能转变为热能， 形成高温高压的燃气 。
航空和发动机燃烧室概述
• 待定
• 进口气流速 度很大
• 燃烧室容积 很小
旋流器：在装有旋流器的燃烧室中，少量空气形成了气体的回流。 气流的轴向速度分布：形成顺流区、逆流区、过渡区。 过渡区：形成气流速度等于火焰传播速度的条件，既满足火焰稳定的 条件。速度梯度大，紊流强度大，发生着强烈的稳流质量交换的过程， 提供了不断流向火焰筒前端的高温燃气，这促使燃料迅速蒸发，并保证 新鲜混气被不断点燃。 主燃孔：将空气导入火焰筒前部参加燃烧过程。由于空气的进入流速 较高，因此在每一主燃孔处均形成一气柱状射流。阻止旋流器下游气流 的旋转，使回流区截止在主燃孔所在的截面附近。 气膜孔：形成保护气膜，使壁温在容许的范围内。 补燃孔及掺混孔：以柱状射流的形式进入火焰筒，经过掺混、降温形 成所要求的出口温度场。
燃烧室。
点击随着技术发展近 来已有许多大型燃气 轮机开始采用环形燃 烧室，带单独头部的 环形燃烧室主要用在
航空发动机。
分管燃烧室
环管燃烧室
环形燃烧室
• 由若干个 管式燃烧 室组成一 个整体的 燃烧室称 为分管形 燃烧室
由若干个管式燃烧室组成一个整体的燃烧室称为分管形 燃烧室
燃烧室的分类
一般燃气轮机有六 个至十几个燃烧室 ，由于各燃烧室相 互独立，故称为分 管形燃烧室。图示 为有10个单独燃烧 室的分管形燃烧室 。
燃烧室的分类 • 全环形燃 烧室只有 一个整体 的环形燃 烧室空间， 也只有一 个环形火 焰筒
在环形燃烧室空间内有火焰筒，火焰筒也是环形结构，火焰筒前方 圆周有多个孔是空气入口（安装涡流器位置），火焰筒环形出口对 向涡轮叶片
燃烧室的分类
• 带单独头部的 环形燃烧室与 环形燃烧室仅 火焰筒不同， 其结构相当一 个短全环形燃 烧室前端接数 个单管火焰筒 的头部
减速，增压 喷油雾化 燃烧在其内进行 形成回流区，火焰稳定器 启动点火 点燃没有点火器的其他火焰筒
燃烧室的分类
分管形燃烧室是 较老式结构，现在用 的较少，其他形式燃 烧室是在该基础上发 展而来。
环管形燃烧室较多用在能 源等大型涡轮发动机上， 目前在燃气——蒸汽联合 循环发电系统中使用的燃 气轮机大多数采用环管形
燃烧室的分类
燃烧室工作过程
1、燃烧室气流流型 在燃烧室内建立适当的气流流型是组织燃烧的基础。 满足要求： ➢产生回流区，确保可靠点火，火焰稳定及燃烧完全； ➢能促进燃油与空气混合，形成所需要的浓度场； ➢在壁面形成保护气膜，使壁温在允许的范围内； ➢通过掺混、降温形成所要求的出口流场和温度场。
燃烧室工作过程
燃烧室工作过程
2、燃烧室中的燃料分布
燃料喷出后，形成一锥形空心油膜，迅速扩大变薄 而破裂成细小的油珠群，同时穿出回流区进入紊流度 很大的过渡区，其中大油珠可以穿到顺流区，而最小 的油珠则可能被回流区的气流带走。在强烈的紊流换 热和换质的条件下，油珠不断蒸发并与不断进入火焰 筒头部的新鲜空气强烈混合，形成适宜于燃烧的新鲜 混气。 燃料在火焰截面上呈非均匀分布，大部分集中在油 雾锥面附近，在离开油雾锥面的地方，燃料浓度迅速 减小，而余气系数与之相反。燃料分布不均匀使燃烧 室内燃烧在各种突变情况下保持稳定。
• 燃烧室工作 特点
• 进口参数变化大
• 出口气流温度 不能过高
• 工作温度高
航空和发动机燃烧室概述
对主燃烧室 的性能要求
1、点火可靠
3、燃烧完全 5. 压力损失小
7. 排气污染少
2、出口温度场符合要求 4、燃烧稳定 6.尺寸小重量轻 8. 寿命长
燃烧室结构
筒 • 旋流器 • 点火器 • 联焰管
燃烧室工作过程
3、燃烧室燃烧过程
点火器点燃过渡区内的可燃气体，形成 火焰焰锋，边燃烧边向下流动，其中一部分 进入逆流区。逆流区充满高温燃烧产物，一 方面可作为高温点火源，另一方面为液体燃 料蒸发提供热量。
回流的高温燃气逆流到喷嘴附近，将刚 喷进来的燃料蒸发，并从旋流器进入的空气 迅速掺混，形成轴对称分布的可燃混合气浓 度分布，当可燃混合气经过渡区固定点火源 时，被点着形成火焰焰锋。
燃烧室的结构
燃烧室的分类 • 环管形燃烧室只有
一个整体的燃烧室， 在本例中燃气轮机 的外壁就是燃烧室 的外壁，在燃烧室 内有若干个火焰筒 （包括过渡段）绕 燃气轮机主轴排列
燃烧室的分类
• 燃料（燃油或天然气）通过燃烧室端部燃 料入口进入，由燃烧器喷嘴喷入火焰筒， 喷入的天然气与压气机压入的高压空气在 燃烧室火焰筒里混合燃烧。燃烧使气体温 度剧烈上升，膨胀的高温高压燃气从过渡 段喷出，进入透平做功
从主燃孔导入二股空气，一部分向主燃 区补充新鲜空气，一部分截断回流区。从补 燃孔进入的空气，用于补充燃烧；从掺混孔 进入的空气，与高温燃气混合，降低燃气温 度，形成所要求的出口温度。从气膜孔进入 的空气用来在火焰筒壁面附近形成保护气膜， 使壁温在容许范围内。
谢谢 THANKS