本發(fā)明涉及的是一種試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法，具體地說(shuō)是燃燒室的試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

1、液體燃料燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展及應(yīng)用較早，隨著技術(shù)的發(fā)展和氣體燃料普及，逐漸出現(xiàn)了氣體燃料燃?xì)廨啓C(jī)和雙燃料燃?xì)廨啓C(jī)。當(dāng)前，所使用燃料中包含液體燃料的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒技術(shù)仍在廣泛深入的研究探索中，具體研究方向包括液體燃料高效霧化燃燒技術(shù)、液體燃料低排放燃燒技術(shù)、低排放雙燃料燃燒技術(shù)，這些先進(jìn)技術(shù)仍具有迫切應(yīng)用需求。

2、使用燃料中包含液體燃料的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，在應(yīng)用液體燃料工作時(shí)，常通過(guò)氣體輔助霧化、離心式噴嘴及強(qiáng)旋流設(shè)計(jì)等技術(shù)手段將液體燃料進(jìn)行霧化、蒸發(fā)，變?yōu)闅庀嗪笤龠M(jìn)行穩(wěn)定充分的燃燒反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)液體燃料的燃燒反應(yīng)在氣相條件下高效進(jìn)行，良好的液體燃料霧化過(guò)程是維持燃燒火焰持續(xù)穩(wěn)定的重要前提。液體燃料霧化技術(shù)手段中，氣體輔助霧化方法在參數(shù)確定較充分條件下能取得較好燃燒效果，但在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，最佳霧化氣壓力、流量等參數(shù)的確定較為困難，實(shí)際偏小則達(dá)不到霧化效果，燃燒效率低下，有冒黑煙現(xiàn)象；實(shí)際偏大則液體燃料可能會(huì)被高速氣體帶飛至燃燒室尾部，造成導(dǎo)葉超溫及火焰筒燒蝕等故障，嚴(yán)重可能導(dǎo)致重大損失，所以液體燃料霧化氣參數(shù)的確定對(duì)于沒(méi)有母型機(jī)的新型燃燒室來(lái)說(shuō)，更是一項(xiàng)較艱巨的挑戰(zhàn)，尤其是需要在全工況都有霧化氣參與的燃燒過(guò)程，目前暫無(wú)較好的霧化氣參數(shù)確定方案相關(guān)報(bào)道。

3、另一方面，液體燃料的燃燒過(guò)程極其復(fù)雜，雖然目前的數(shù)值仿真計(jì)算手段能夠大致模擬燃燒過(guò)程，但對(duì)模擬液體燃料霧化、蒸發(fā)和摻混過(guò)程具有一定局限性，尤其針對(duì)有輔助霧化氣加速燃油液滴破碎實(shí)現(xiàn)霧化的過(guò)程，無(wú)法真正模擬出相應(yīng)的霧化效果，所以對(duì)于研發(fā)設(shè)計(jì)者而言，很難通過(guò)數(shù)值仿真手段確定輔助霧化的效果。

4、綜合以上兩方面，當(dāng)前新型燃燒室設(shè)計(jì)過(guò)程中，在技術(shù)路線選擇時(shí)研發(fā)人員常規(guī)避氣體輔助霧化的方法，選擇帶小噴口的主副油路多通道方法，這就造成液體燃料供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制邏輯復(fù)雜的多，尤其對(duì)于使用燃料中包含氣體燃料的雙燃料燃燒室的研發(fā)設(shè)計(jì)，由多燃料供應(yīng)構(gòu)成的燃料系統(tǒng)和包含燃料切換過(guò)程在內(nèi)的控制邏輯的復(fù)雜性往往造成整體經(jīng)濟(jì)性得不償失，整體成本和運(yùn)行故障風(fēng)險(xiǎn)也顯著增加，且極易加劇燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)研制失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供能在燃燒室部件設(shè)計(jì)過(guò)程可精確可靠地確定全工況液體燃料霧化氣參數(shù)，簡(jiǎn)化燃燒室及相關(guān)附屬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)研制節(jié)省成本并降低研制失敗風(fēng)險(xiǎn)的一種確定燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室霧化氣參數(shù)的試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法。

2、本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明一種確定燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室霧化氣參數(shù)的試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是：包括試驗(yàn)殼體、火焰筒、燃料噴嘴、點(diǎn)火器、壓力脈動(dòng)傳感器、總溫探針、采樣探針、煙氣分析儀、中控計(jì)算機(jī)、液體燃料系統(tǒng)、主空氣系統(tǒng)、霧化氣系統(tǒng)，火焰筒安裝在試驗(yàn)殼體內(nèi)部，燃料噴嘴插接在火焰筒頭部并固定在試驗(yàn)殼體的噴嘴安裝斜面上，燃料噴嘴的液體燃料入口連接液體燃料系統(tǒng)，燃料噴嘴的霧化氣入口連接霧化氣系統(tǒng)，點(diǎn)火器插接在火焰筒的引焰管入口，壓力脈動(dòng)傳感器的探頭與火焰筒的主燃孔位置中心軸同軸，點(diǎn)火器和壓力脈動(dòng)傳感器均固定于試驗(yàn)殼體的上蓋板表面，試驗(yàn)殼體的排氣段安裝總溫探針和采樣探針，采樣探針與煙氣分析儀相連，試驗(yàn)殼體的進(jìn)氣段連接主空氣系統(tǒng)，點(diǎn)火器、壓力脈動(dòng)傳感器、總溫探針、煙氣分析儀、液體燃料系統(tǒng)、主空氣系統(tǒng)、霧化氣系統(tǒng)連接中控計(jì)算機(jī)。

4、本發(fā)明一種確定燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室霧化氣參數(shù)的試驗(yàn)系統(tǒng)還可以包括：

5、1、所述液體燃料系統(tǒng)包括液體燃料路，液體燃料路上依次設(shè)置液體燃料源、增壓泵、液體過(guò)濾器、液體調(diào)節(jié)閥、液體切斷閥、液體質(zhì)量流量計(jì)、液體止回閥，在液體止回閥和液體質(zhì)量流量計(jì)之間支出液體旁通路，液體旁通路上安裝液體旁通閥。

6、2、所述主空氣系統(tǒng)包括主空氣路，空氣路上依次設(shè)置主空氣氣源、加熱器、空氣調(diào)節(jié)閥、空氣切斷閥、空氣質(zhì)量流量計(jì)、空氣止回閥，在空氣止回閥和空氣質(zhì)量流量計(jì)之間支出空氣旁通路，空氣旁通路上安裝空氣旁通閥。

7、3、所述霧化氣系統(tǒng)包括霧化氣總路、霧化氣第一支路、霧化氣第二支路、霧化氣第三支路，霧化氣第一支路、霧化氣第二支路、霧化氣第三支路并聯(lián)后與霧化氣總路連接，霧化氣總路上依次設(shè)置霧化氣源、霧化總切斷閥、霧化過(guò)濾器、水浴加熱器，水浴加熱器與霧化過(guò)濾器之間支出霧化旁通路，霧化旁通路上安裝霧化旁通閥；霧化氣第一支路上依次設(shè)置霧化第一調(diào)節(jié)閥、霧化第一切斷閥、小量程質(zhì)量流量計(jì)、霧化第一止回閥，霧化氣第二支路上依次設(shè)置霧化第二調(diào)節(jié)閥、霧化第二切斷閥、中量程質(zhì)量流量計(jì)、霧化第二止回閥，霧化氣第三支路上依次設(shè)置霧化第三調(diào)節(jié)閥、霧化第三切斷閥、大量程質(zhì)量流量計(jì)、霧化第三止回閥。

8、本發(fā)明一種確定燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室霧化氣參數(shù)的試驗(yàn)方法，其特征是：采用如權(quán)利要求1所述的確定燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室霧化氣參數(shù)的試驗(yàn)系統(tǒng)，包括以下步驟：

9、(1)進(jìn)行主空氣和霧化氣準(zhǔn)備：開(kāi)啟主空氣系統(tǒng)，調(diào)整主空氣溫度、壓力及流量至點(diǎn)火工況要求的數(shù)值ta0、pa0和ga0維持穩(wěn)定，開(kāi)啟霧化氣系統(tǒng)，選擇霧化氣支路，調(diào)整霧化氣溫度、壓力及流量至初始值tw0、pw0和gw0維持穩(wěn)定；

10、(2)進(jìn)行液體燃料點(diǎn)火：開(kāi)啟液體燃料供應(yīng)系統(tǒng)，啟動(dòng)增壓泵，調(diào)整液體燃料調(diào)節(jié)閥至點(diǎn)火初始流量gl0a對(duì)應(yīng)目標(biāo)開(kāi)度，做好點(diǎn)火初始流量gl0a供入準(zhǔn)備后，通過(guò)中控計(jì)算機(jī)，開(kāi)啟點(diǎn)火器，啟動(dòng)δt?s后，打開(kāi)液體燃料切斷閥，開(kāi)始液體燃料進(jìn)入燃料噴嘴和火焰筒內(nèi)部的點(diǎn)火過(guò)程；

11、(3)中控計(jì)算機(jī)進(jìn)行邏輯判斷：若點(diǎn)火成功，則調(diào)整主空氣和液體燃料參數(shù)至目標(biāo)工況1參數(shù)，使主空氣的溫度、壓力和流量調(diào)整至ta1、pa1和ga1，使液體燃料流量調(diào)整至目標(biāo)工況數(shù)值gl1，霧化氣參數(shù)按初始值穩(wěn)定持續(xù)供應(yīng)；若點(diǎn)火失敗，則停止液體燃料供應(yīng)，主空氣吹掃3分鐘后，調(diào)整增大初始點(diǎn)火流量至gl0b重新執(zhí)行步驟(2)和(3)，直至點(diǎn)火成功；

12、(4)中控計(jì)算機(jī)進(jìn)行燃燒室初始性能記錄：在目標(biāo)工況1，中控計(jì)算機(jī)根據(jù)煙氣分析儀獲得的煙氣組分按照設(shè)定程序計(jì)算燃燒效率η0，根據(jù)壓力脈動(dòng)傳感器的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算平均壓力脈動(dòng)δ0，根據(jù)火焰筒出口總溫探針的溫度測(cè)量結(jié)果，計(jì)算燃燒室出口溫度最大不均勻度ot0和最大徑向不均勻度rt0；

13、(5)調(diào)整霧化氣參數(shù)深入評(píng)估燃燒室性能：在以上燃燒室初始性能條件下，調(diào)整霧化氣壓力參數(shù)，評(píng)估燃燒效率η、燃燒室出口溫度最大不均勻度ot和最大徑向不均勻度rt、燃燒室壓力脈動(dòng)δ等性能參數(shù)達(dá)標(biāo)條件下，所對(duì)應(yīng)的霧化氣壓力參數(shù)最佳工作參數(shù)：當(dāng)霧化氣壓力從pw1變?yōu)閜w2時(shí)，燃燒效率滿(mǎn)足η≥ηmin的要求，燃燒效率η所對(duì)應(yīng)的最佳霧化氣壓力參數(shù)區(qū)間為[pw1，pw2]，燃燒室出口溫度最大不均勻度ot和最大徑向不均勻度rt、燃燒室壓力脈動(dòng)δ上限指標(biāo)otmax、rtmax和δmax所對(duì)應(yīng)的最佳霧化氣壓力參數(shù)區(qū)間分別為[pw3，pw4]、[pw5，pw6]和[pw7，pw8]，中控計(jì)算機(jī)按照設(shè)定邏輯程序?qū)?個(gè)霧化氣壓力參數(shù)工作區(qū)間進(jìn)行求交運(yùn)算，得到4項(xiàng)性能都滿(mǎn)足要求的最佳霧化氣壓力參數(shù)區(qū)間；

14、(6)中控計(jì)算機(jī)校驗(yàn)霧化氣壓力參數(shù)，進(jìn)行邏輯判定：若最佳霧化氣壓力參數(shù)區(qū)間為[pw5，pw6]，中控計(jì)算機(jī)根據(jù)所采集的霧化氣壓力pw5和pw6下對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)流量，即質(zhì)量流量計(jì)所采集的流量數(shù)值，其中壓力pw5對(duì)應(yīng)實(shí)測(cè)霧化氣流量為gw5，壓力為pw6對(duì)應(yīng)實(shí)測(cè)霧化氣流量為gw6，對(duì)霧化氣壓力參數(shù)進(jìn)行校核計(jì)算；

15、(7)調(diào)整工況，確定其他工況霧化氣壓力參數(shù)：在步驟(6)基礎(chǔ)上，保持霧化空氣參數(shù)在最佳區(qū)間[pw5，pw6]內(nèi)，調(diào)整目標(biāo)工況至工況2，即使主空氣的溫度、壓力和流量調(diào)整至ta2、pa2和ga2，使液體燃料流量調(diào)整至目標(biāo)工況數(shù)值gl2維持穩(wěn)定后，重復(fù)步驟(4)、(5)和(6)，得到工況2條件下可靠的最佳霧化氣壓力參數(shù)最佳區(qū)間[pw5，pw6]，以此類(lèi)推，最終得到該型燃燒室全工況條件下的最佳霧化氣壓力參數(shù)工作帶，完成霧化氣參數(shù)的確定，試驗(yàn)結(jié)束。

16、本發(fā)明一種確定燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室霧化氣參數(shù)的試驗(yàn)方法還可以包括：

17、1、步驟(6)中按照如下計(jì)算程序?qū)F化氣壓力參數(shù)進(jìn)行校核計(jì)算：在當(dāng)前壓力為pw5條件下，燃料噴嘴霧化氣路的理論計(jì)算流量按照如下公式進(jìn)行核算：

18、

19、其中，各參數(shù)含義如下：

20、k為絕熱指數(shù)，rg為氣體常數(shù)；pw5為燃料噴嘴霧化氣入口壓力，tw5為燃料噴嘴霧化氣入口溫度，pb為燃燒室入口壓力，噴嘴霧化氣出口壓力pw(out)＝pb*(1-σ)，其中σ為燃燒室入口經(jīng)過(guò)燃燒室入口擴(kuò)壓段及火焰筒后的總壓損失系數(shù)；aw為燃料噴嘴霧化氣路節(jié)流面積，α為燃料噴嘴霧化氣路流量系數(shù)；

21、得到gw5(計(jì)算)數(shù)值后，進(jìn)行校核：

22、當(dāng)結(jié)果相對(duì)偏差絕對(duì)值|(gw5(計(jì)算)-gw5)/gw5|≤β％時(shí)，邏輯判定為當(dāng)前條件下，數(shù)據(jù)可靠，是準(zhǔn)確的霧化氣壓力參數(shù)，同理判斷霧化壓力為pw6時(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確定，最終得到準(zhǔn)確的最佳霧化氣壓力參數(shù)區(qū)間[pw5，pw6]；

23、當(dāng)結(jié)果相對(duì)偏差＞β％時(shí)，則熄火、檢查相關(guān)設(shè)備分析原因并進(jìn)行糾正后，重新進(jìn)行步驟s1-s6的過(guò)程直至偏差≤β％。

24、2、步驟(2)中所述的點(diǎn)火器啟動(dòng)時(shí)間δt∈[10s，15s]，保證點(diǎn)火可靠。

25、3、步驟(5)中所述的所述的燃燒效率ηmin＝99.9％，燃燒室出口溫度最大不均勻度ot和最大徑向不均勻度rt、燃燒室壓力脈動(dòng)δ上限指標(biāo)分別為otmax＝20％、rtmax＝10％和δmax＝4kpa。

26、4、所述步驟(6)中所述的燃燒室入口經(jīng)過(guò)燃燒室入口擴(kuò)壓段及火焰筒后的總壓損失系數(shù)σ∈[4.9％，5％]，所述的燃料噴嘴霧化氣路流量系數(shù)α∈[0.95，0.96]，所述相對(duì)偏差絕對(duì)值|(gw5(計(jì)算)-gw5)/gw5|∈[0，2％]。

27、本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：

28、1、通過(guò)獨(dú)立試驗(yàn)殼體內(nèi)設(shè)置燃料噴嘴和火焰筒，并配置點(diǎn)火器、壓力脈動(dòng)傳感器、總溫探針、采樣探針、煙氣分析儀、液體燃料系統(tǒng)、主空氣系統(tǒng)和霧化氣系統(tǒng)構(gòu)成的試驗(yàn)系統(tǒng)，結(jié)合中控計(jì)算機(jī)在保證霧化參數(shù)校驗(yàn)準(zhǔn)確條件下自動(dòng)獲取每一工況下最佳的霧化氣參數(shù)，得到該型燃燒室全工況準(zhǔn)確可靠的最佳霧化氣壓力參數(shù)工作帶，在較小工作投入條件下即可取得寬參數(shù)范圍內(nèi)全工況高精度參數(shù)數(shù)值結(jié)果，大幅降低了燃燒室研制投入及試驗(yàn)成本，縮短了研制周期，同時(shí)驗(yàn)證結(jié)果可靠，有效規(guī)避了燃燒室研制失敗風(fēng)險(xiǎn)，工程實(shí)用性強(qiáng)，推廣性好。

29、2、本發(fā)明充分考慮了霧化氣參數(shù)確定的寬范圍和高精度準(zhǔn)確性，通過(guò)多個(gè)霧化氣支路擴(kuò)寬霧化參數(shù)工作范圍，通過(guò)自動(dòng)校驗(yàn)程序確定霧化氣參數(shù)的準(zhǔn)確性，解決燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室霧化氣參數(shù)確定困難、當(dāng)前無(wú)有效技術(shù)方案的研發(fā)困境，極大地減輕了整機(jī)試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)高投入大的缺點(diǎn)，試驗(yàn)成本低，非常適合工程設(shè)計(jì)應(yīng)用，同時(shí)試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，適用范圍廣，自動(dòng)化程度高，減少了人為因素干擾，提高了試驗(yàn)效率，經(jīng)濟(jì)性好。

30、3、本發(fā)明參數(shù)確定方法簡(jiǎn)單，非常適合實(shí)際工程設(shè)計(jì)應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于使用液體燃料并應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)或航空發(fā)動(dòng)機(jī)的常規(guī)液體燃料燃燒室、分級(jí)燃燒室、雙燃料燃燒室、液體燃料低排放燃燒室以及雙燃料低排放燃燒室的霧化氣參數(shù)確定，能夠?yàn)闉槿細(xì)廨啓C(jī)燃燒室尤其是新型燃燒室的設(shè)計(jì)定型提供有力技術(shù)支撐，實(shí)用價(jià)值高。