空气掺混状态下喷嘴雾化特性试验系统及试验方法与流程

1.本发明涉及一种空气掺混状态下喷嘴雾化特性试验系统及试验方法，属于喷嘴特性试验技术领域。


背景技术：

2.燃油喷嘴是航空发动机关键部件，对决定航空发动机性能有着重要的作用。对于发动机燃烧室，燃油雾化质量、液雾蒸发、燃油浓度分布对燃烧完全度、点火、出口温度场和排放污染等均有很大影响。在航空发动机研制中，提高喷嘴的设计水平，是改善雾化质量的其中关键技术之一。因此，喷嘴设计和试验研究的重要性越来越突出。而且燃油喷嘴属于精细零件，单纯依靠理论设计是不能保证其本身的设计性能，需要通过不断的试验进行优化调整才能使其满足发动机研制要求。
3.目前现有喷嘴试验系统大多是在不模拟燃烧室头部进气和模拟燃油加加温、降温情况下进行的，不能真实的模拟喷嘴在发动机中的工作状态，同时，所测量得到的参数与实际的参数误差大，很难作为优化喷嘴的参数依据。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种空气掺混状态下喷嘴雾化特性试验系统。
5.本发明提供了一种基于空气掺混状态下喷嘴雾化特性试验系统的试验方法。
6.本发明通过以下技术方案得以实现。
7.本发明提供的一种空气掺混状态下喷嘴雾化特性试验系统，包括：
8.内部安装有喷嘴的试验喷嘴结构；
9.为试验喷嘴结构提供空气的空气掺混子系统，空气掺混子系统为试验喷嘴结构内的喷嘴提供不同流量和压力的空气；
10.为试验喷嘴结构提供燃油的燃油子系统，燃油子系统为试验喷嘴结构内的喷嘴提供不同温度的燃油气体。
11.所述燃油子系统包括有有油箱；
12.进口和出口对应与油箱的进口和出口对应连通的燃油加降温装置，燃油加降温装置对油箱内的油进行加温；
13.与油箱出口经手动阀b连通的燃油过滤器b进口，燃油过滤器b对油箱排出的油进行过滤；
14.与燃油过滤器b出口经质量流量计连通的安全阀、气膜调节阀、变频油泵，安全阀、气膜调节阀、变频油泵经管道汇总后经防爆电磁阀再经手动调节阀连通换热器进口，换热器的出口经燃油过滤器c和手动阀c分主油路和副油路对应与喷嘴的上下两个进油口连通；
15.所述安全阀、气膜调节阀、变频油泵构成的回路为并联的两组。
16.所述换热器的二次加热/降温导热油进口和出口对应与燃油加降温装置进口和出
口连通；换热器的二次加热/降温导热油进口和出口通过阀门和管道与燃油加降温装置进口和出口连通形成单独闭环的导热油路，当需要燃油加降温装置对换热器内的煤油进行二次加热/降温时，阀门打开，当不需要二次加热/降温时，阀门关闭使煤油只走燃油过滤器b构成的一次加热。所述燃油加降温装置可以为能实现对煤油进行加温和降温的现有设备即可。
17.所述试验喷嘴结构包括中部连通的试验壳、固定在试验壳内部的喷嘴；喷嘴的两个进油管口贯穿在试验壳上，用于与燃油子系统连通。
18.所述喷嘴通过喷嘴固定板固定在试验壳内部。
19.所述试验壳上设有透明的观察窗，观察窗处的试验壳外部安装有分析仪，分析仪对喷嘴喷出的燃油进行测量，以得到从喷嘴喷出雾化的燃油颗粒直径、粒径分布、速度场分布等雾化特性参数。
20.所述试验壳上设有气帘接口，考虑到试验时观察窗处可能会存在油雾集聚的情况，在观察窗内壁面设计气帘，在试验壳上设有气帘接口，通过气帘接口向观察窗吹气保证观察窗不被油雾遮挡从而影响测量精度。
21.所述空气掺混子系统包括进口空置的电动阀a；
22.进口与电动阀a出口连通的流量计；
23.流量计出口经气膜阀d与试验壳进气口连通；
24.进口与试验壳排出口连通的油气分离器，油气分离器油液排出口和试验壳沉降燃油排出口经手动阀e连通回油泵与油箱连通，油气分离器的分离出的油液和试验壳沉降燃油油液在回油泵的作用下回油到油箱内；
25.油气分离器气体排出口连通排气用的消音器，消音器出口空置。
26.所述电动阀a出口经气膜阀b与油气分离器出口连通，气膜阀b输送干净的气体与油气分离器气体排出混合，降低油气分离器气体排出的浓度，提高安全性。
27.所述流量计和气膜阀d构成的管路为并联的两组。
28.一种基于上述空气掺混状态下喷嘴雾化特性试验系统的试验方法，包括步骤如下：
29.步骤一：燃油加降温装置对油箱内煤油一级加热，待油箱温度到达设定温度后开启油箱出油口手动阀b，煤油经燃油过滤器b过滤，通过两路变频油泵、气膜调节阀、共同调节油路油量进入换热器中，而后从换热器出口主油路和副油路两路排出进入喷嘴内，实现燃油子系统模拟燃油加温、降温对喷嘴内进行供油的情况；当燃油温度仍然不能满足要求时，将燃油加降温装置中的导热油，经导热油路导入换热器中对燃油进行二次加热到试验要求温度；当燃油需要降温时不使用燃油加降温装置对油箱内航空煤油进行一级加热，而是直接使用燃油加降温装置经导热油路对换热器进行降温后，使得导入换热器中的燃油降温以达到试验要求油温。
30.步骤二；打开电动阀a对系统进行供气，按试验流量要求选择使用大、小流量进气管路，并通过流量计、气膜阀d调节进入试验壳进气口的气体流量和压力，试验中喷嘴喷出的煤油通过油气分离器进行分离后，燃油通过回油管路由回油泵将煤油导入油箱进行循环使用，喷嘴喷出燃油由三维相移多普勒粒子分析仪进行测量，以得到雾化颗粒直径、粒径分布、速度场分布等雾化特性参数，根据试验要求调节空气掺混子系统以模拟发动机状态对
喷嘴进行供气，实现了空气掺混子系统模拟燃烧室头部进气。
31.本发明的有益效果在于：空气掺混子系统模拟燃烧室头部进气，对试验喷嘴结构内的喷嘴提供不同流量和压力的空气，燃油子系统模拟燃油加温、降温情况，为试验喷嘴结构内的喷嘴提供不同温度的燃油气体，达到真实的模拟喷嘴在发动机中的工作状态，喷嘴喷出燃油状为图中观察窗处的虚线三角形，实现所测量得到的参数与实际喷嘴工作的参数相同，使得所测参数能作为优化喷嘴的参数依据。
附图说明
32.图1是本发明试验系统的布局示意图；
33.图2是本发明试验喷嘴结构的主视图；
34.图3是图2的左视图；
35.图中：1-燃油子系统；11-油箱；12-燃油加降温装置；13-燃油过滤器b；14-气膜调节阀；15-变频油泵；2-空气掺混子系统；21-电动阀a；22-流量计；23-气膜阀d；24-油气分离器；25-回油泵；26-消音器；27-气膜阀b；3-试验喷嘴结构；31-喷嘴；33-喷嘴固定板；34-气帘接口；35-观察窗；36-分析仪36。
具体实施方式
36.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
37.如图1至图3所示。
38.本发明的一种空气掺混状态下喷嘴雾化特性试验系统，包括：
39.内部安装有喷嘴31的试验喷嘴结构3；
40.所述试验喷嘴结构3包括中部连通的试验壳32、通过喷嘴固定板33固定在试验壳32内部的喷嘴31；喷嘴31的两个进油管口贯穿在试验壳32上，用于与燃油子系统1连通。
41.所述试验壳32上设有透明的观察窗35，观察窗35处的试验壳32外部安装有分析仪36，分析仪36为三维相移多普勒粒子分析仪(pdpa)，三维相移多普勒粒子分析仪对喷嘴31喷出的燃油进行测量，以得到从喷嘴31喷出雾化的燃油颗粒直径(smd)、粒径分布、速度场分布等雾化特性参数。
42.所述试验壳32上设有气帘接口34，考虑到试验时观察窗35处可能会存在油雾集聚的情况，在观察窗35内壁面设计气帘，在试验壳32上设有气帘接口34，通过气帘接口34向观察窗35吹气保证观察窗35不被油雾遮挡从而影响测量精度。
43.为试验喷嘴结构3提供空气的空气掺混子系统2，空气掺混子系统2为试验喷嘴结构3内的喷嘴31提供不同流量和压力的空气；
44.所述空气掺混子系统2包括进口空置的电动阀a21；
45.进口与电动阀a21出口连通的流量计22；
46.流量计22出口经气膜阀d23与试验壳32进气口连通，如图2的右侧进气口；
47.所述流量计22和气膜阀d23构成的管路为并联的两组；
48.进口与试验壳32排出口连通的油气分离器24，油气分离器24油液排出口和试验壳32沉降燃油排出口均经手动阀e连通回油泵25与油箱11连通，油气分离器24的分离出的油液和试验壳32沉降燃油油液在回油泵25的作用下回油到油箱11内；
49.油气分离器24气体排出口连通排气用的消音器26，消音器26出口空置；
50.电动阀a21出口经气膜阀b27与油气分离器24出口连通，气膜阀b27在辅助调节试验喷嘴结构3进气的同时还输送干净的气体与油气分离器24分离后排出的气体混合，降低油气分离器24排出气体的含有量，提高安全性。
51.为试验喷嘴结构3提供燃油的燃油子系统1，燃油子系统1为试验喷嘴结构3内的喷嘴31提供不同温度的燃油气体。
52.所述燃油子系统1包括油箱11，油箱11上连通有手动阀a和燃油过滤器a，形成与油库连通对接的接口；
53.进口和出口对应与油箱11的进口和出口对应连通的燃油加降温装置12，燃油加降温装置12对油箱11内的油进行加温；
54.与油箱11出口经手动阀b连通的燃油过滤器b13进口，燃油过滤器b13对油箱11排出的油进行过滤；
55.与燃油过滤器b13出口经质量流量计连通的安全阀、气膜调节阀14、变频油泵15，安全阀、气膜调节阀14、变频油泵15经管道汇总后经防爆电磁阀再经手动调节阀连通换热器9进口，换热器9的出口经燃油过滤器c和手动阀c分主油路和副油路对应与喷嘴31的上下两个进油口连通，例如图2中的上下进油指示箭头；
56.所述安全阀、气膜调节阀14、变频油泵15构成的回路为并联的两组；
57.所述换热器9的二次加热导热油进口和出口对应与燃油加降温装置12进口和出口连通；例如燃油加降温装置12为中国专利cn201811125188.7一种用于航空燃油调温和清洁的试验装置，换热器9的二次加热导热油进口和出口通过阀门和管道与燃油加降温装置12进口和出口连通形成单独闭环的导热油路，当需要燃油加降温装置12对换热器9内的煤油进行二次加热时，阀门打开，当不需要二次加热时，阀门关闭使煤油只走燃油过滤器b13构成的一次加热。所述燃油加降温装置12可以为能实现对煤油进行加温和降温的现有设备即可。
58.工作原理：空气掺混子系统2模拟燃烧室头部进气，对试验喷嘴结构3内的喷嘴31提供不同流量和压力的空气，燃油子系统1模拟燃油加温、降温情况，为试验喷嘴结构3内的喷嘴31提供不同温度的燃油气体，达到真实的模拟喷嘴31在发动机中的工作状态，喷嘴31喷出燃油状为图2中观察窗35处的虚线三角形，实现所测量得到的参数与实际喷嘴31工作的参数相同，使得所测参数能作为优化喷嘴的参数依据。
59.一种基于上述空气掺混状态下喷嘴雾化特性试验系统的试验方法，包括步骤如下：
60.步骤一：油库来油将油箱11注满，当需要模拟发动机供油温度时，将启动燃油加降温装置12对油箱11内航空煤油进行一级加热，待油箱11温度到达设定温度后开启油箱11出油口手动阀b，煤油经燃油过滤器b13过滤，通过两路变频油泵15、气膜调节阀14、共同调节油路油量进入换热器9中，而后从换热器9出口主油路和副油路两路排出进入喷嘴31内，实现燃油子系统1模拟燃油加温、降温对喷嘴31内进行供油的情况；当燃油温度仍然不能满足要求时，将燃油加降温装置12中的导热油，经导热油路导入换热器9中对燃油进行二次加热到试验要求温度；当燃油需要降温时不使用燃油加降温装置12对油箱11内航空煤油进行一级加热，而是直接使用燃油加降温装置12经导热油路对换热器9进行降温后，使得导入换热
器9中的燃油降温以达到试验要求油温。
61.步骤二；打开电动阀a21对系统进行供气，按试验流量要求选择使用大、小流量进气管路，并通过流量计22、气膜阀d23调节进入试验壳32进气口的气体流量和压力，试验中喷嘴31喷出的煤油通过油气分离器24进行分离后，燃油通过回油管路由回油泵25将煤油导入油箱11进行循环使用，喷嘴31喷出燃油由三维相移多普勒粒子分析仪16进行测量，以得到雾化颗粒直径(smd)、粒径分布、速度场分布等雾化特性参数，根据试验要求调节空气掺混子系统2以模拟发动机状态对喷嘴31进行供气，实现了空气掺混子系统2模拟燃烧室头部进气。