摘要：伴随着燃气轮机性能水平的提高，燃油供给技术也不断地有所发展。燃油供给技术从燃油雾化原理上可分为两大类：压力雾化（或称机械雾化）和空气雾化（航空发动机上的一种低压差空气雾化）。而目前大小发动机燃烧室都广泛采用属于压力雾化方式的离心喷嘴，一直持续到今天，这是因为它具有良好的雾化质量（在大于一定的油压下），成熟的设计，使用经验，并且不断的得到改进和完善。

关键词：雾化参数;燃气轮机;燃烧室;燃烧性能;影响分析

一、雾化的重要性

燃油的雾化是液雾燃烧系统中的一个很重要的过程。各类吸气式发动机广泛使用离心式压力雾化喷嘴来雾化燃油。燃油的雾化参数，如液滴平均直径、液滴速度、液滴尺寸分布指数、液滴空间分布等对燃烧室工作性能，如点火、稳定工作范围、燃烧效率、出口温度分布和排放等，都有重要的影响。近几年，随着计算机技术的发展，使用计算机对雾化过程进行数值模拟的方法开始越来越得到人们的重视。要模拟燃油雾化过程，最重要的是要分辨气液两相流体的分界面，得出好的燃油雾化质量模型。

二、喷嘴雾化质量的主要性能指标

（一）雾化角

由喷嘴喷射出来的燃油喷雾矩是呈中空锥体状，它由许多悬浮于周围空气中的，或是在其中运动的细小雾滴组成。一般把喷嘴的出口到喷雾矩外包络线的两条切线之间的夹角定义为喷雾锥角β。由于喷雾矩在离开喷口后都会有一定程度上的收缩，其收缩程度又更直接的影响到燃料在燃烧空间中的分布特性，因而还可以用来补充表示喷雾矩的喷雾锥角，其中离喷口的垂直距离L应根据喷雾矩的尺寸加以选择。对于小流量的喷嘴，L可以取为40-80mm;而大流量的喷嘴则应选取L=100-150mm。显然，一个喷雾质量较好的喷嘴，角不宜过分收缩。雾化角的表示方法。

（二）雾化粒度

燃油从喷嘴喷射出来后，由许多尺寸各不同的雾滴组成了喷雾炬。这些不同的雾滴大小反映了雾化的颗粒细度，是评定雾化质量的重要指标。由于雾化后的油滴大小是不均匀的，最大和最小有时相差50-100倍，因此只能用液滴平均直径概念来表示滴群的雾化细度。采用的平均方法不同，所得的平均直径也不一样。常用的是质量中间直径和索太尔平均直径。

三、雾化参数对燃烧室流场及温度场的影响分析

（一）几何模型

CFD分析的精度与模拟中所用的有关物理模型有直接关系、CFD软件有很多的物理模型可供选用，湍流模型是最常见最重要的一种模型，其中K-ε模型被认为是众多的湍流模型中较接近实际情况的一种，因而大部分CFD商用软件包都将此模型作为缺省湍流模型。

然而，对流体湍流现象，目前在理论上仍然未能得到充分的解释，若湍流模型选取不当，在一些情况下，可能会给计算结果带来很大的误差。如K-ε模型假定湍流是各向同性的，对平面剪切应力起主导作用的流体（如堵应力）采用K-ε模型的计算结果与实验结果很吻合，若湍流具有强烈的方向性（各向异性），仍用K-ε模型可能会引起误差，而采用其他一些湍流模型如代数应力模型（ASM）能使模拟结果更接近实际。一般说来，湍流模型的计算需要耗费大量CPU时间。

为了计算的方便以及由于时间的限制，对燃烧室部分不重要的部位进行简化，，采用的是航空燃气轮机环形燃烧室的简化图。但对于关键部位没有采取简化，使最后的形状和尺寸与实际机型的燃烧室保持了比较好的一致，从而能正确反映真实燃烧室的内部情况以及保证了计算的准确。

（二）网格划分

主要考察航空燃气轮机环形燃烧室内部流场及其温度场，由UG建模做出来并导入GAMBIT，考虑到燃烧室的对称性，采用整个燃烧室的十五分之一，减少了网格数量，从而减少了计算量和计算时间，但并不影响计算的结果。

数值计算离不开计算网格，计算网格有结构化和非结构化网格之分。为了尽量减少计算单元数，节省计算资源，需要仔细考虑网格尺寸，采用非均匀网格能够使网格数达到最少，同时又能够保证足够的计算精度。在流动变化剧烈的区域，网格间距可以取得相对小一些，而在流动变化比较缓慢的区域，网格间距可以取得大一些。CFD软件一般都能够根据用户给定的具体要求，自动划分非均匀网格。因此，在目前的技术水平上，采用分块结构化网格的有限体积法，在程序的灵活性、通用性、计算的精确性、方面能够达到最好的效果。

在计算过程中，已经在UG中画好几何模型，在此基础上进行划分计算网格划分。计算网格类型直接影响到CFD的计算结果的精度和稳定性。进行体网格划分，尺寸为8毫米，再进行网格检查看网格是否合格。为保证模拟计算的准确，不允许出现一个坏网格：而且为保证模拟计算的精度，关键位置的网格应当紧密一些。同时计算过程中如果需要考虑换热时，必须在近壁面增加附面层网格。

（三）边界条件

由于燃汽轮机热力工程过程的复杂性，有些过程的作用机理或物质本质至今还難于用数学的方法说清楚，如燃料燃烧的反映机理，缸内的传热过程，气门处的气流流动，燃烧室内部的气体流动等，所以在工作过程中需要适当简化，并引用一些经验系数，半经验公式和实验数据等，作为计算中必要的边界条件。尽管这些经验数据和式子是从某些特定的工作过程并通过反复试验总结出来的经验，但要它们具有普遍意义，还有赖于边界条件的确定。因此，确定计算的边界条件就成为燃汽轮机环形燃烧室工作过程模拟研究的重要内容之一。

1 进口边界条件

进口边界设定为速度进口（velocity inlet），空气流速为105m/s

进口温度为634.1K。

进口湍流边界条件给定湍流强度I（Turbulence Intensity），因此，计算中将湍流度设置为10，水力直径为0.014m。

辐射进口边界条件：内部发射率为1。

主燃孔、参混孔、气膜孔进口边界条件：按给定的流量输入。

2出口边界条件

当入口边界条件为压力入口条件时，则出口边界只能设定为压力出口（pressure outlet）。

3壁面边界条件

流动边界条件设为光滑壁面无滑移条件;

辐射发射率为1;

两端面设为周期性边界条件。

四、结语

在一定的压力差下，在上述的边界条件约束下对燃烧室进行定性分析其结构是否合理，流体为空气，气流为不可压缩流动;进气过程中保持压力不变。采用一次迎风格式和quick格式离散动量方程和离散湍流能量方程。然后多次改变雾化喷嘴的角度和粒度，获得在该情况下的温度场和流场。

参考文献：

[1]周力行，湍流两相流动与燃烧的数值模拟，清华大学出版社，1991年

[2]顾红彬，燃烧室内喷雾场的结构及喷嘴雾化机理的研究，硕士学位论文，北京航空航天大学，2000年