微型燃气轮机喷嘴射流和雾化特性研究

崔运静，林其钊，仇性启

（1.中国科学技术大学热科学和能源工程系，合肥230027；2.中国石油大学（华东）机电工程学院，山东 青岛266580）

0 引 言

在燃用液体燃料的燃气轮机中，燃料的喷射、雾化及与空气的混合是整个燃烧过程的一个关键环节［1］。在燃烧系统中，喷雾过程分为两部分：第一部分是研究动力学的初次雾化过程和碰撞再聚合的二次雾化过程，第二部分是将燃料分散到气体相中完成蒸发和燃烧的喷雾混合过程。良好的雾化混合是实现高效率燃烧的前提，对节能和减排具有重要意义。该研究主要针对第二部分过程展开研究。

研究者针对液体燃料喷嘴出口附近气粒的混合流动，开展了广泛的研究。Doudou［2］，毕荣山［3］和Watanabe［4］等分别用实验和模拟的方法研究了喷雾湍流，考察了喷雾射流速度对气粒混合的影响，Watanabe等和汪凤山［5］还考察了湍流混合对NOx排放的影响。Lee［6］，汪文辉［7］和杨阳［8］等研究了旋流对湍流和燃烧的影响。Rutland［9］，Reddy［10］，Caraeni［11］，Patel［12］和Bilger［13］等分别对液体燃料的喷雾射流、湍流混合及燃烧反应进行了数值模拟，考虑了喷雾和湍流的相互作用，认为喷雾过程对燃烧具有很大影响。那么，在空间相对狭小的微型燃气轮机内，雾滴与周围气体的迅速混合以及雾滴尺寸变得更加重要。

Lefebvre［14］实验总结出雾滴越细，液体燃料蒸发速率越高，燃烧效率越高。目前燃气轮机所用液体燃料喷嘴大部分为气液预混式，借助内部气动力雾化燃料，容易造成燃烧的不稳定，但所设计的微型燃气轮机喷嘴液体燃料流量较小，适宜采用稳定的外混雾化形式。……