气动扇形喷嘴雾化特性的实验研究

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1、第39卷第3期2013年6月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．39．No．3Jun．2013气动扇形喷嘴雾化特性的实验研究池保华，仲伟聪，杨国华，洪流(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：为研究气动扇形喷嘴雾化特性，设计加工了不同角度、不同出口形式和不同尺寸的5种扇形喷嘴，并搭建了试验台架系统，进行了喷嘴雾化试验。根据试验测量结果，从流量特性和雾化特性方面分析了气液比、喷嘴结构等对喷嘴流量系数、喷雾场雾化粒径分布的影响，并定性给出了喷嘴结构对雾化特性的影响规律。关键词：扇形喷嘴；雾化试验；雾化特性；气液比；喷嘴结构中图分类号：V434—34文献标识码

2、：A文章编号：1672—9374(2013)03—0038-06ExperimentalresearchonatomizationcharacteristicsoffanspraynozzleCHIBao-hua，ZHONGWei—cong，YANGGuo—hua，HONGLiu(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)AbsWact：Tostudytheatomizationcharacteristicsoffanspraynozzle，fivefanspraynozzleswithdifferentsprayingangle，

3、differentoutletformanddifferentsizeweredesigned．Anexperimentalbedsystemwasbuilt．Thesprayingexperimentforthenozzleswasperformedunderthedesignconditions．Intheaspectsofmassflowandatomizationcharacteristics，theinfluenceofgas—liquidratioandnoz—zlestructureonflowcoefficientofnozzleanddistributionofatomiza

4、tionparticleswasanalyzed．Thequalitativeinfluencetrendofnozzlestructureonatomizationcharacteristicsisgiven．Kes,words：fanspraynozzle；sprayingexperiment；atomizationcharacteristic；gas—liquidratio；nozzlestl3．ICture0引言喷嘴是液体燃料燃烧装置中不可缺少的一个关键组成部分，在液体火箭发动机和航空发动机中都有广泛应用。国内外对雾化方法进行了试验与理论研究，发展了各种不同类型的喷嘴。目前普遍应用的喷

5、嘴主要有机械式喷嘴、气动喷嘴和旋转式喷嘴等⋯。气动喷嘴是采用空气或蒸汽作雾化介质，利用气液两相的作用力将工质雾化，收稿日期：2013—04—08；修回日期：2013—04—20基金项目：国家863项目(2007AA705302)作者简介：池保华(1982一)，男，硕士，研究领域为液体火箭发动机基础理论、热能与动力工程篁!竺鲞篁j塑些堡竺兰篁三篁茎堡壁型塑童丝坠型塑篁塑墅塑坠：—：：：』有高压和低压两种类型。常见喷雾场形式有实心锥、空心锥和扇形等，喷雾场的雾化粒径分布、流强的空间分布、雾化角度和喷射速度等直接影响燃烧效率、稳定性和热防护，研究其雾化特性对燃烧装置的设计有重要指导意义[2-3]。本

6、文根据常用气动喷嘴的设计基础，结合扇形喷雾场的形成方法，设计加工了5种扇形喷嘴，研究了气液比、临界面积、喷17I面积对扇形喷雾场流量系数和雾化粒径分布的影响，并定性给出了喷嘴结构对雾化特性的影响规律。1喷嘴设计以气动雾化理论为基础，设计加工了5种喷嘴，喷嘴参数见表1，结构见图1。水和压缩空气分别从液体通道和气体通道进入，液体通道位于喷嘴中心位置，4路气体通道呈中心对称分布，液体通道和气体通道夹角为45。。水和压缩空气相撞后，进入混合室相互冲击混合，并发生强烈的动量交换和能量交换，形成均匀的气液混合物，最后从喷口喷出，完成雾化。喷嘴的结构参数主要包括：液孔直径d，、气孔直径如，临界面积A。，喷口

7、面积A。。喷口形状为带导流角的橄榄形喷口和矩形喷口，气液混合物通过混合室出口后，受到整流槽限制而挤压变形，形成角度和导流角近似的扇形喷雾场。表l喷嘴规格参数Tab．1Parametersofnozzles图1喷嘴结构Fig．1Structureofnozzle2试验系统雾化试验系统的结构如图2所示，主要由液流试验系统和光学诊断系统组成。液流试验系统包括水储箱、空气储箱、截止阀、流量计、孑L板、压力