富油燃烧-猝熄-贫油燃烧(RQL)燃烧室技术分析

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1、富油燃烧-猝熄-贫油燃烧（RQL）燃烧室技术分析摘要：富油燃烧-猝熄-贫油燃烧”（RQL）是一种较为先进的航空发动机燃烧技术。是现代航空发动机减少氮氧化物（NOx）排放的最基本的燃烧策略之一。本文就RQL燃烧室原理做一概括性分析，并提出了RQL燃烧室设计理念上的可借鉴与启迪之处。可供航空发动机业界相关人士参考。关键词：富油燃烧-猝熄-贫油燃烧；RQL燃烧室；猝熄区引言富油燃烧-猝熄-贫油燃烧（Rich-Burn/Quick-Quench/Lean-Burn，以下简称RQL）是一种较为先进的航空发动机燃烧技术，是

2、现代航空发动机减少氮氧化物（NOx）排放的最基本的燃烧策略之一，应用RQL燃烧技术的燃烧室被称为RQL燃烧室。RQL燃烧室中的关键区域是所谓的猝熄区，RQL燃烧室的贫油熄火边界宽，对氮氧化物排放的控制简单有效，在一定程度上代表了现代航空发动机燃烧室工程技术进展的成就与方向。美国普惠公司(P&W公司)在RQL燃烧技术基础上开发出了广泛用于其商用航空发动机的先进低氮氧化物排放燃烧室（TALON燃烧室），就是对RQL燃烧室的进一步发展与创新。本文就RQL燃烧室的原理做一概括性技术分析，希望能对中国航空发动机业界相关人

3、士能有所启迪。1“富油燃烧-猝熄-贫油燃烧”燃烧室概念及工作原理1.1“RQL燃烧概念的提出“富油燃烧-猝熄-贫油燃烧”的概念是上世纪80年代提出的，主要目的是要减少涡轮发动机的氮氧化物（NOx）排放。上世纪90年代末，美国航空航天局（NASA）将这一概念作为下一代航空发动机降低氮氧化物排放的主要研究对象，进而发展出了RQL燃烧室。今天，美国普惠公司将其用于商用航空发动机的RQL燃烧室命名为TALON燃烧室（先进低氮氧化物排放燃烧室——TechnologyforAdvancedLowNOxcombustor,以

4、下简称TALON燃烧室）。由于在发动机全工作状态下的安全性和可靠性上的上佳表现，RQL燃烧技术已成为现代航空发动机燃烧技术的首选之一。1.2“RQL燃烧室的工作原理RQL燃烧是一种特殊的分级燃烧技术，前面是富油燃烧级，中间为快速猝熄级，后面为贫油燃烧级。由于富油燃烧区排出的物质富集了大量部分氧化和部分烃化的物质，氢（H）和一氧化碳（CO），不经进一步处理是不能直接从燃烧室排出的，因此，需要附加氧气去对上述物质做进一步燃烧。通过燃烧室壁的补燃空气进气孔，补充空气与富油燃烧区排出的物质混合，并在燃烧室的出口前部创造

5、出贫油燃烧环境，使燃烧室排出的物质主要成分以二氧化碳、水、氮气和氧气（CO2,H2O,N2,O2）为主，从而降低排放物中的污染物（即：NOx，CO,HC）。当空气从补燃空气进气孔进入火焰筒时，使会使燃烧室的高温富油燃烧区减小，并使燃焰的温度急剧下降形成所谓的猝熄（Quench）效应，这就是RQL燃烧技术，而应用RQL燃烧技术的燃烧室就被称为RQL燃烧室。在RQL燃烧室中，先将全部燃油和部分空气进行富油燃烧，通过降低燃烧温度来减少富油燃烧区的NOx，然后富油燃气快速与二股气流混合进行贫油燃烧。图1是RQL燃烧室概

6、念解剖示意图。图1RQL燃烧室概念解剖示意图图2RQL燃烧室燃焰示意图图3PW4090基型发动机RQL燃烧室剖图在RQL燃烧室中，形成了两个明显的燃烧区：富油燃烧区（FuelRichCombustion）及混合和降温贫油燃烧区（Mixing&QuenchFuelLean），图2显示了RQL燃烧室的燃焰示意图，图3是PW4090基型发动机RQL燃烧室剖图。RQL燃烧技术是一种较为先进的航空发动机燃烧技术。在RQL燃烧室中的关键技术是使富油燃气与空气要进行快速充分均匀的混合。为了抵抗燃烧室火焰的高温RQL燃烧室火焰

7、筒壁面均采用了浮壁式。1.3RQL燃烧室的猝熄区在RQL燃烧室中的关键区域是所谓的猝熄区（Quick-QuenchZone），或称为快混区（Quick-MixZone）。“猝熄区”是对英语“Quick-QuenchZone”的中文翻译，在字面上并没有将英语的含义完全翻译出来。在猝熄区，除了有因补燃空气进入燃烧室引起的燃气快速降温而形成的所谓“淬火”效应，同时还有补燃空气与从富油燃烧区出来的燃气快速混合的效应。图4RQL燃烧室猝熄区的实验室模拟段图4是RQL燃烧室猝熄区的实验室模拟段。RQL燃烧室猝熄区的关键是要

8、保证降温和补燃空气与从富油燃烧区出来的燃气快速而均匀的混合，以便贫油燃烧区的燃烧与火焰稳定。降温和补燃空气与从富油燃气的参混效果与空气孔口的尺寸，孔口的形状，孔口的数量，孔口的间隔，以及孔口的排列方式的因素有直接的关系；同时，还与通过孔口进入燃烧室的气流的角度有关。2RQL燃烧室的先进性2.1RQL燃烧室贫油熄火边界贫油熄火边界是航空发动机安全可靠工作的最重要指标之一。由于低污染的要求