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上海羽通推薦參考：噴氣燃料燃燒性能概述
閱讀：3618發(fā)布時(shí)間：2013-8-4
1.渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中混合氣的形成過程
渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)使用的燃料是噴氣燃料,。只有當(dāng)燃料汽化并與空氣適當(dāng)混合后才能進(jìn)行有效的燃燒,，所以在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中也有一個(gè)混合氣形成過程，它對(duì)燃燒過程有重大影響,。然而,，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理與汽油機(jī)或柴油機(jī)工作原理有很大的區(qū)別，它們的混合氣形成過程也不相同,。在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中,。燃料在5.07MPa或更高的壓力下，連續(xù)噴入高速（30m/s）的空氣流中,。在一次點(diǎn)燃后,，燃料連續(xù)噴入燃燒室。整個(gè)霧化,、蒸發(fā)并形成混合氣的過程是連續(xù)進(jìn)行的,。在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中,，決定混合氣形成質(zhì)量的因素主要是燃料霧化質(zhì)量、燃料本身的蒸發(fā)性以及燃燒室內(nèi)空氣流的擾動(dòng)強(qiáng)度,。
燃料濃度必須在一定的范圍內(nèi)時(shí)混合氣才能燃燒,，而在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中，燃料的燃燒是在伴隨著高速氣流的條件下進(jìn)行的,。燃料隨著氣流在火焰筒內(nèi)迅速流動(dòng),、滯留的時(shí)間不過幾毫秒。因此,，能否在短時(shí)間內(nèi)迅速形成混合良好的可燃混合氣,，對(duì)燃燒過程有很大影響。例如對(duì)起動(dòng)點(diǎn)火,，特別是對(duì)高空再點(diǎn)火,，由于發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷狀態(tài)，氣流的溫度和壓力都不高,，混合氣如果形成不良（燃料蒸發(fā)性差）,，發(fā)動(dòng)機(jī)便不能點(diǎn)火起動(dòng)，造成事故,。因而有的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)采用汽油作為起動(dòng)燃料,，就是因?yàn)槠偷恼舭l(fā)性較煤油好，有利于混合氣的形成,?；旌蠚庑纬闪己门c否也影響燃燒效率。如果燃料霧化不良生成的大顆粒油滴來不及在燃燒室燃盡,，便會(huì)使火焰伸長(zhǎng),，往往使油滴尚未燃盡便隨廢氣排出燃燒室，因而降低燃燒效率,，增大燃料的消耗量,，也影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中混合氣形成的好壞決定于燃料的物化質(zhì)量和燃料自身的蒸發(fā)性好壞,。
2.噴氣燃料霧化對(duì)混合氣形成的影響
在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中,，混合氣形成過程的關(guān)鍵在于霧化。霧化顆粒愈細(xì),，單位體積燃料形成的油滴數(shù)量愈多,，總蒸發(fā)表面就愈大，蒸發(fā)速度也愈大,。一般油滴直徑減小到原米的1/10時(shí),，每個(gè)油滴的表面積將減少到原來的1/100,但油滴總數(shù)將增大為原來的1000倍，因此,，油滴束的總表面積將增大為原來的10倍,。
在發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造等霧化條件一定的情況下,，霧化質(zhì)量主要決定于噴氣燃料的霧化性，即噴氣燃料的粘度和表面張力,，其中粘度的影響更為突出,。 噴氣燃料粘度過大，降低霧化質(zhì)量,，增大燃料的消耗量,。粘度過小，霧化過細(xì),，也不利于形成均勻混合氣,。粘度大小還影響到供油量和油泵磨損。過去一般認(rèn)為噴氣燃料適當(dāng)?shù)恼扯仁窃?40℃時(shí)不宜超過60mm2/s,。由于飛機(jī)速度越來越大,，使用的燃料有逐漸加重的傾向。研究資料表明,，-40℃時(shí)粘度達(dá)到200-250mm2/s的燃料在使用上并不產(chǎn)生太大困難,。
我國(guó)1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)噴氣燃料均規(guī)定20℃時(shí)的粘度不小于1.25mm2/s,，-20℃時(shí)粘度不大于8mm2/s,。高閃點(diǎn)噴氣燃料-20℃粘度不大于8.5 mm2/s，國(guó)外噴氣燃料規(guī)定-40℃（或-34.4℃）時(shí)的粘度應(yīng)低于16mm2/s,前蘇聯(lián)產(chǎn)T-5煤油則規(guī)定不超過60mm2/s,。表面張力愈大的燃料，霧化愈困難,。經(jīng)驗(yàn)證明,，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛使用離心式噴嘴，當(dāng)采用噴氣燃料工作時(shí),，在各種情況下,，包括溫度低達(dá)-40℃的情況，燃油的表面張力都能保證燃料有良好的霧化質(zhì)量,。因此,，噴氣燃料對(duì)表面張力大小沒有特別要求。
3.燃料蒸發(fā)性對(duì)混合氣形成的影響
霧化了的燃油滴在燃燒室中一面運(yùn)動(dòng),，一面蒸發(fā)為蒸氣,，并與空氣混合，這就是燃油的蒸發(fā)過程,。在燃油蒸發(fā)過程中,，由于燃燒室氣體溫度一般比油滴溫度高很多，所以油滴不斷受熱,，油溫逐漸升高,，而氣體與油滴之間的溫度差減小,，于是油滴升溫的速度減慢。另一方面,，隨著油滴溫度升高,，蒸發(fā)過程加快，蒸發(fā)過程中的油滴所吸收的汽化潛熱也增多,，這是使油滴溫度降低的因素,。這樣，油滴在不斷升溫和不斷蒸發(fā)的過程中zui終達(dá)到某一平衡溫度,，在這以后,，油滴在不變的溫度下繼續(xù)蒸發(fā)直到全部氣化，這個(gè)溫度就叫等溫蒸發(fā)平衡溫度,。
在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中,，影響燃料蒸發(fā)的因素很多，主要為:①燃料的霧化質(zhì)量;②燃料本身的蒸發(fā)性;③外界氣體對(duì)油滴的傳熱過程,，包括空氣的溫度和油滴溫度之差,，油滴及空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等;④燃油蒸汽向周m環(huán)境的擴(kuò)散過程。由于蒸汽不斷向外擴(kuò)散,，降低了油滴表而附近燃油蒸汽的濃度（或蒸氣壓）,，才能創(chuàng)造繼續(xù)蒸發(fā)的有利條件。擴(kuò)散過程越迅速,，燃油的蒸發(fā)也就越迅速,。下面著重從燃料的蒸發(fā)性方面進(jìn)行闡述。
在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中,，除起動(dòng)情況外,，燃料是在壓力下通過旋流室，再經(jīng)噴嘴噴射到已點(diǎn)燃的高溫燃燒室中,。由于噴嘴的設(shè)計(jì)使燃油一般能保證良好的霧化質(zhì)量,，所以在劇烈擾動(dòng)的高溫氣流中能迅速蒸發(fā)。從理論上看,，正常工作時(shí)點(diǎn)火以后,，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用從輕質(zhì)的汽油、煤油以及輕柴油,，直到重質(zhì)油料作為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作燃料,，它們都可以使發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)際上也曾使用過40-350℃的各種餾分的燃料進(jìn)行試驗(yàn),。不過,，當(dāng)使用重質(zhì)燃料時(shí)，必須攜帶少zui的輕質(zhì)燃料（如汽油）作為起動(dòng)點(diǎn)火或高空熄火時(shí)再點(diǎn)火之用。使用過重燃料就會(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來不安全的因素,。
實(shí)踐證明,，使用輕質(zhì)餾分燃料有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的地面和高空起動(dòng)，不僅能改善燃燒的條件,，而且可以增強(qiáng)火焰的穩(wěn)定性,，也可以改善燃料的低溫性能。但是餾分過輕會(huì)增加供油系統(tǒng)中產(chǎn)生氣阻的危險(xiǎn),，使燃油泵的磨損增大,，同時(shí)，還會(huì)使燃料的體積發(fā)熱量降低,。如使燃料餾分加重,，雖能增加燃料的體積發(fā)熱量，擴(kuò)大燃料的來源,，但燃燒時(shí)容易產(chǎn)生積炭,，燃燒不*，特別是燃料的低溫性能會(huì)降低,。
基于上述考慮,，作為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料既不宜過重，也不宜過輕,。目前各國(guó)普遍采用150-300℃范圍內(nèi)的煤油餾分作為標(biāo)準(zhǔn)燃料,，但為了擴(kuò)大油品來源，也使用了部分餾分較寬的燃料（例如60-300℃等）,。使用煤油餾分作為渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的另一個(gè)主要原因,，就是因?yàn)樗瓤梢栽诠ぷ鳁l件下保證良好的霧化和蒸發(fā)，又具有較好的高空性能,。噴氣燃料的高空性能是指飛機(jī)高空飛行時(shí),，燃油在燃料系統(tǒng)中不易產(chǎn)生氣阻和引起損失的傾向。噴氣燃料高空性能的質(zhì)量指標(biāo)通常以燃料的飽和蒸氣壓表示（推薦采用上海羽通儀器儀表廠生產(chǎn)的YT-8017系列雷德法飽和蒸汽壓測(cè)定儀）,。蒸氣壓越大，表明燃料中含輕組分多,，飛機(jī)在高空容易產(chǎn)生氣阻,，而且燃料的蒸發(fā)損失也大。因此,，對(duì)噴氣燃料的飽和蒸氣壓常加以限制,。規(guī)格中對(duì)1號(hào)及2號(hào)噴氣燃料未加限制，這是因?yàn)閷?duì)該燃料的初餾點(diǎn)及10%餾出溫度有嚴(yán)格的限制,，含輕組分很少,。對(duì)含輕質(zhì)成分較多的4號(hào)寬餾分燃料，則規(guī)定其38℃時(shí)的飽和蒸氣壓不得超過20kPa.飛機(jī)燃料系統(tǒng)在高空容易產(chǎn)生氣阻的原因,，除燃料的蒸發(fā)性外,，主要是高空大氣壓力降低,。當(dāng)高度達(dá)到15000m時(shí)，大氣壓力只有12kPa,。由于噴氣飛機(jī)上升速度很快,，到達(dá)高空后，燃油箱因有絕緣材料的保護(hù),，降溫很少,，這時(shí)燃油在低壓下很易蒸發(fā)。如蒸氣壓過大,，則可以引起沸騰,，燃料中溶解的空氣也大量逸出，促使形成氣阻,，使供油中斷,，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。同時(shí),，由于大量蒸發(fā)也造成燃料的損失,。
由上述可知，燃油的蒸氣壓實(shí)際上限制了飛機(jī)飛行的高度,。國(guó)內(nèi)曾用幾種蒸汽壓為7.5-10.5kPa的寬餾分煤油在某些國(guó)產(chǎn)軍用飛機(jī)上試驗(yàn),，起飛前油溫為38℃，飛行到16000m以上未產(chǎn)生氣阻,。根據(jù)試驗(yàn),，當(dāng)油溫達(dá)到48℃時(shí)，其產(chǎn)生氣阻的高度約為14000m,?？梢姡羝痫w前油溫超過40℃時(shí),，使用寬餾分煤油,，其飛行高度將受到一定限制。關(guān)于國(guó)產(chǎn)噴氣燃料高空蒸發(fā)損失,，也曾用幾種煤油按不同機(jī)種的條件作過模擬試驗(yàn),。燃料的初餾點(diǎn)與10%餾出溫度愈低，（檢測(cè)方法為羽通公司生產(chǎn)的YT-6536系列蒸餾測(cè)定儀）蒸氣壓愈大,，則高空中的蒸發(fā)損失愈大,。蒸發(fā)性相同的燃料，油溫愈高,，蒸發(fā)損失愈大,。從模擬試驗(yàn)及實(shí)踐表明，目前我國(guó)使用的噴氣燃料在現(xiàn)有機(jī)種上使用，不會(huì)影響高空性能及航程,，也不會(huì)因燃料的少量損失而影響其他使用性能,。至于目前所用燃料具體的保證飛行高度，一般資料認(rèn)為在油箱不密封或無增壓裝置的飛機(jī)上使用140-280℃餾分的噴氣燃料,，由于其蒸氣壓較低（低于13.3kPa）,，可保證燃料系統(tǒng)在12000-14000m以上的高度正常工作。60-280℃寬餾分燃料的蒸氣壓較高,，在油箱不密封或無增壓裝置情況下,，飛行高度達(dá)10000-12000m時(shí)仍可保證燃料系統(tǒng)正常工作。為保證飛機(jī)高空飛行,，目前采用的方法是將飛機(jī)油箱增壓并采用中介泵或增壓油泵,，對(duì)燃料則限制其蒸氣壓不得超過20.OkPa。
相關(guān)檢測(cè)儀器：YT-6536系列蒸餾測(cè)定儀 YT-8019系列雷德法飽和蒸汽壓測(cè)定儀
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