技术领域
[0001] 本
发明涉及一种航空
发动机、地面
燃气轮机及其他存在旋转气流的燃烧装置，特别涉及一种旋流离心燃烧试验装置。
背景技术
[0002] 随着飞行速度和飞行
空域的不断扩展，对发动机的性能要求日益提高，现代高性能航空
燃烧室的工作条件与前期燃烧室相比有很大变化：燃烧室进口气流速度和
温度相比之前都有了较大的增加，高温下快速
蒸发的燃油在高速气流中的穿透深度很小，已经不能依靠射流来促使燃油和空气的掺混，点火后在稳定器尾迹区内形成的点火源很难向四周传播，使得燃烧室出口温度分布不均匀、燃烧效率低等问题更加突出。
[0003] 离心燃烧作为一种新型的燃烧组织方式，具有强化油气掺混、
加速火焰径向传播、提高燃烧效率、减小燃烧室长度、改善燃烧室出口温度周向均匀性等优点，是解决上述问题的一种极具潜
力的方法。
[0004] 为了评估离心燃烧技术在实际燃烧室内的效果，需要对离心燃烧技术进行试验测量，掌握该技术特点、规律，进而优化实际燃烧室内的离心燃烧组织方式。但是
现有技术还没有相应的旋流离心燃烧试验装置，不能对离心燃烧技术进行直接观测、评估并获得旋流离心燃烧室的优化结构参数。
发明内容
[0005] 发明目的：本发明提供一种操作性好、装拆方便的旋流离心燃烧试验装置，可以观察离心燃烧火焰的形成及发展，测量离心燃烧技术参数并优化旋流离心燃烧室结构参数。
[0006] 技术方案：本发明所述一种旋流离心燃烧试验装置，所述旋流离心燃烧试验装置整体呈两端开口的筒形，包括依次连通的用于空气进入的第一段、用于点火升温的第二段、用于形成旋转火焰的第三段、用于离心燃烧的第四段以及用于气体排出的第五段，各段之间采用
法兰紧固同轴连接；
[0007] 所述第一段上设置有开口于所述第一段腔体内的第一供油装置；
[0008] 所述第二段的外壁分为第一延伸部及第二延伸部，所述第一延伸部向外扩张与沿着靠近第三段的方向直径逐渐减小的第二延伸部构成外凹腔
火焰稳定器，所述第一延伸部上设置有若干第二供油装置、用于调节所述第二供油装置与第一延伸部之间松紧的紧固装置以及用于所述外凹腔火焰稳定器点火的点火装置；所述第二段设置有用于测量腔体温度的第一温度
传感器；
[0009] 所述第三段内部同轴固定有整流锥与旋流锥，所述整流锥前端延伸至所述第二段的内部，所述旋流锥后端延伸至所述第四段内部；
[0010] 所述第五段的尾端形成排气口，所述第五段内设置有用于采集燃气样品的
采样器。
[0011] 优选地，本发明中采集燃气样品的采样器为采样耙，为了进一步测定燃烧状况，可同时在第四段出口设置有第二温度传感器，分别对燃烧产物的温度和成分进行测量，获得旋流离心燃烧的燃烧效率。
[0012] 优选地，本发明中采用的第一温度传感器为K型
热电偶，第二温度传感器为B型电热偶。
[0013] 本发明的一种优选方式为所述第二供油装置包括供油管路、与所述供油管路连通的离心
喷嘴、固定所述离心喷嘴的固定座，所述离心喷嘴开口于所述第一延伸部的外壁；由于离心喷嘴为薄壁件，采用
焊接方法极易破坏其内部结构，本发明的离心喷嘴与固定座之间通过
螺纹密封。为了便于试验不同供油参数的供油方案，故本发明的第二供油装置采用机械配合的形式安装。
[0014] 本发明的一种优选方式为所述紧固装置包括一端位于所述固定座上端的
压板、
支撑所述压板的支撑机构、以及安装于所述压板另一端，用于调节所述压板与所述固定座松紧程度的调节机构；所述压板与固定座相近一端设置有用于卡合所述供油管路的凹槽。
[0015] 本发明的一种优选方式为所述支撑机构包括固定于所述第一延伸部外壁的第一
螺母、位于所述压板上的压板通孔以及一端与所述压板固定，另一端从所述压板通孔穿过并固定于所述第一螺母的第一
螺栓；所述调节机构包括位于所述压板上的压板
螺纹孔以及贯穿所述压板的第二螺栓。
[0016] 本发明的一种优选方式为所述固定座上端设置有与所述压板相配合的坡口。
[0017] 本发明的一种优选方式为若干所述第二供油装置沿着所述第一延伸部外围呈周向分布。
[0018] 本发明的一种优选方式为所述第一延伸部为直径大于所述第一腔体的筒形结构，所述第二延伸部的直径沿着靠近第三腔体的方向逐渐减小，呈圆台形。
[0019] 本发明的一种优选方式为所述整流锥包括固定
叶片与扩张锥；所述旋流锥包括旋流叶片与收敛锥；所述扩张锥与所述收敛锥之间通过
螺纹连接。
[0020] 本发明的一种优选方式为所述第四段包括若干固定杆、
石英玻璃观察管，位于石英玻璃观察管两端的第一安装座以及第二安装座。
[0021] 本发明的一种优选方式为所述旋流离心燃烧试验装置设置有支撑底座。
[0022] 本发明的工作原理为：
[0023] (1)气源提供的新鲜空气进入外凹腔火焰稳定器，与第二供油装置喷出的燃油进行掺混，之后点火电嘴进行电火花点火，在外凹腔火焰稳定器内形成稳定的值班火焰；
[0024] (2)通过温度传感器判断值班点火成功后，第一供油装置开始供油，值班火焰沿燃烧室外壁面流经第三段时形成的旋转火焰在第四段内与中心未燃混气掺混实现离心燃烧；
[0025] (3)通过石英玻璃管观察离心燃烧火焰的形成与发展，并在达到试验所需工况时，利用第二温度传感器和燃气采样耙记录燃烧产物的温度和成分。
[0026] 有益效果：(1)本发明提供了一种操作性好、装拆方便的旋流离心燃烧试验装置，可以对离心燃烧技术进行评估；(2)本发明满足试验对不同供油参数、不同离心加速度和不同离心燃烧区的需求，具有多参数变量可调的宽范围试验条件；(3)本发明设立了高温环境下可靠的全环型石英玻璃管的观察窗，可以对离心燃烧火焰的形成及发展进行监控，并适用于多种激光测量技术。
附图说明
[0027] 图1为本发明旋流离心燃烧试验装置的剖视图；
[0028] 图2为本发明旋流离心燃烧试验装置立体图；
[0029] 图3为本发明第二供油装置与紧固装置的结构示意图；
[0030] 图4为本发明整流锥与旋流锥结构示意图；
[0031] 图5为本发明在不同来流速度下燃油索太尔直径测试结果；
[0032] 图6为本发明在不同来流速度下燃烧室出口的径向温度分布图。
具体实施方式
[0033] 下面结合附图对本发明作出进一步说明。
[0034]
实施例1：如图1和图2所示，本发明所述的一种旋流离心燃烧试验装置，整体呈两端开口的筒形，由依次连通的用于空气进入的第一段1、用于点火升温的第二段2、用于形成旋转火焰的第三段3、用于离心燃烧的第四段4以及用于气体排出的第五段5组成，各段之间采用法兰紧固同轴连接。
[0035] 第一段1上设置有开口于第一段1腔体内的第一供油装置11。
[0036] 第二段2的外壁分为第一延伸部21及第二延伸部22，第一延伸部21向外扩张，直径大于第一段1的直径，呈圆筒形，第二延伸部22的直径沿着靠近第三腔体的方向逐渐减小，呈圆台形，第一延伸部21与第二延伸部22共同形成外凹腔火焰稳定器23；沿着第一延伸部21周向排列的六个第二供油装置24，固定第二供油装置24的紧固装置25，用于外凹腔火焰稳定器23点火的点火装置26以及判断点火是否成功的第一温度传感器27，本实施例中第一温度传感器为K型电热偶；
[0037] 如图3所示，第二供油装置24由供油管路241、与供油管路241连通的离心喷嘴242以及固定离心喷嘴242的固定座243组成；离心喷嘴242开口于第一延伸部21的外壁，由于离心喷嘴为薄壁件，采用焊接方法极易破坏其内部结构，本发明离心喷嘴242与固定座243之间通过螺纹密封。每个第二供油装置24配套设置有紧固装置25，紧固装置25将第二供油装置固定于第一延伸部21。紧固装置25由压板251、支撑机构252和调节机构253组成；压板一端置于固定座243上端，设置有用于容纳供油管路的凹槽；支撑机构252位于压板中间，支撑机构252由第一螺母2521、第一螺栓2522和压板通孔2523组成，第一螺母固定于第一延伸部的外壁，第一螺栓2522一端与压板实现固定，另一端从压板通孔2523穿过并固定于第一螺母；调节机构253由贯穿压板的第二螺栓2531以及压板螺纹孔2532组成，第二螺栓2531一端通过压板螺纹孔2532固定在压板上，另一端与第一延伸部的外壁相
接触，旋拧第二螺栓使得压板一端被顶起，压板以支撑机构252为
支点，同时向下压紧固定座243，从而实现第二供油装置的紧固。为了保证装配可靠性，固定座243设置有与压板相贴合的坡口。本发明的第二供油装置24及固定第二供油装置24的紧固装置25之间的机械配合设计，使得本发明可根据不同实验需求，更换离心喷嘴，满足试验对不同供油参数的需求，对供油参数与旋流离心场间的匹配进行优化。
[0038] 如图4所示，第三段3内部同轴固定有整流锥31与旋流锥32；整流锥31由四片固定叶片311与扩张锥312组成，固定叶片311延伸方向与气流流向平行，起整流作用，同时，固定叶片311将扩张锥312固定于第三段3内部，扩张锥312前端延伸至第二段2；旋流锥32由旋流叶片321与收敛锥322组成，收敛锥322后端延伸至第四段4内部；扩张锥312与收敛锥322连接处具有与第三段3外壁同心的等直段，旋流叶片321周向均布在等直段上，旋流叶片321与气流流向呈一
角度，起偏转气流运动方向的作用。收敛锥322与扩张锥312通过螺纹连接，可以通过更换旋流锥实现旋流数和气流扩张角的调节，满足试验对不同离心加速度系数的需求。本发明还可通过交换第二段2与第三段3
位置改变离心燃烧区位置，满足试验对不同
离心力场分布的需求。
[0039] 如图2所示，第四段4包括若干固定杆41、石英玻璃观察管42，位于石英玻璃观察管两端的第一安装座43以及第二安装座44，第四段出口处安装有第二温度传感器45，本实施例中采用B型热电偶。石英玻璃观察管42两端与第一安装座43和第二安装座44的台阶面进行
定位，并通过4根固定杆41紧固；石英玻璃观察管42可对离心燃烧火焰的形成与发展进行监测，并适用于多种光学测量技术，如
粒子图像测速仪、激光粒度分析仪、
相位多普勒粒子分析仪和平面激光诱导
荧光等测量技术。
[0040] 第五段5尾端形成排气口51，第五段5内设置有用于采集燃气样品的采样器52，本实施例中采样器52为燃气采样耙。第二温度传感器45和采样器52分别对燃烧产物的温度和成分进行测量，获得旋流离心燃烧的燃烧效率。
[0041] 本发明的旋流离心燃烧试验装置设置有支撑底座6，具体为第一支撑座61和第二支撑座62，其中第一支撑座61固定在固定平台上，第二支撑座62固定在滑轨上，具有轴向运动的
自由度，第一安装座43与第一支撑座61固定安装，第二安装座44与第二支撑座62固定安装，可调节第一安装座43与第二安装座44的相对位置，第一支撑座61和第二支撑座62的匹配一方面能减少试验中产生的震动，此外，除了方便安装，还可满足燃烧温度增加时石英玻璃管和金属安装座间热
变形量的差异，增加石英玻璃观察窗使用寿命。
[0042] 本发明的旋流离心燃烧试验装置工作方法为：气源产生的新鲜空气从前端的第一段进入本装置后，经第二段实现成功点火、升温后，在第三段内形成旋转火焰，最后在第四段内进行离心燃烧后由第五段排至室外。
[0043] 实施例2：将实施例1的试验装置用于测定旋流离心燃烧的实验数据。
[0044] 图5是不同来流速度下当量比Φ＝0.6和0.8时轴流和旋流试验工况下燃烧室内的燃油索太尔平均直径，图6是来流速度V＝60m/s时当量比Φ＝0.6和0.8时轴流和旋流试验工况下燃烧室出口的径向温度分布。如图5和图6所示，旋流离心条件下的燃油粒径更小、燃烧温度更高，相对低速(V＝60m/s)下，相比轴流试验工况，旋流试验中的油珠索太尔平均直径(SMD)减小55％，燃烧温度增加30％。这说明本发明旋流离心燃烧试验装置能体现出旋流离心燃烧技术在强化燃
油雾化、增强油气掺混，加速火焰传播、提高燃烧效率上的优势，可以有效评估离心燃烧技术并对离心燃烧室结构参数进行优化。
