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先进燃气轮机燃烧室

发布时间:2017-01-10
书??????? 名???先进燃气轮机燃烧室
出 版 社 航空工业出版社
作??????? 者 金如山 索建秦 着
定??????? 价 132.00
丛 书 名 航空发动机出版工程 ISBN号978-7-5165-1086-5
出版日期 2016.8 中图分类号 V235.1 版次/印次1-1
责任编辑 吕烨


序言
?????航空发动机是飞机的“心脏”, 而发动机的燃烧室可以说是“心脏” 的“心脏”。燃烧室的作用是将化学能(燃油加空气) 转化为燃烧产物和剩余的未燃空气的热能(温度升高)。燃烧室接受压气机流出的高压空气, 通过燃油燃烧产生热能, 为涡轮提供均匀混合的热气。这样涡轮才能输出驱动压气机工作所需的功率, 这就决定了燃烧室是发动机的“心脏”, 也就是“心脏” 的“心脏”。
????燃烧室工况复杂, 其研究内容涉及气体动力学、燃烧学、化学动力学, 热力学、传热学、排放污染控制、声学等多个学科和领域; 发动机对燃烧室的基本要求是燃烧率高、压力损失小、重量轻、寿命长、污染排放低, 另外燃烧室还要满足贫油熄火边界、高空点火、出口温度分布、结构、强度、寿命、维护等方面的要求。因此, 在发动机的研制过程中, 燃烧室的研制是发动机研发过程当中一个非常关键的工作。
???? 作者多年来一直从事燃烧室研究、教学、试验和技术研发等方面的工作, 在燃烧室技术(低污染燃烧室技术、高温升燃烧技术、双燃料燃烧技术等) 方面取得了公认的成就。
??? 《先进燃气轮机燃烧室》是作者的最新着作, 本书内容非常丰富, 不仅涉及到燃烧室的设计要求、燃烧室内气体流动、燃烧室气体动力学、喷嘴、燃油雾化、燃油蒸发、油气混合、燃烧室冷却、低污染燃烧技术、振荡燃烧、燃烧效率、火焰稳定等基础知识和设计研发过程中的基本知识和问题, 而且全面描述了包括低污染燃烧室、高温升燃烧室、工业燃气轮机、燃烧室气动热力设计和试验等燃烧室研发过程中涉及到的每一方面和环节。本书取材非常新颖, 在许多方面是作者本人的研究成果。
???? 本书的出版, 对于目前我国飞机动力装置的研发工作将会起到有力的推进作用。

刘大响
2016年1月8日

内容简介
???? 本书是根据作者超过50 年在燃气轮机燃烧室的科研、设计、研发和试验方面的成果和经验而撰写的一部专着,详细、全面并理论联系实际地阐述了燃烧室设计和研发各方面的技术问题, 包括燃烧室气体动力学、燃油喷射雾化、燃油蒸发、液雾穿透、油气混合、燃烧效率、点火、火焰稳定、总压损失、出口温度分布、冷却、污染排放、噪声、自燃与回火, 以及燃油沉积等方面的内容。本书完全针对以低污染燃烧室和高温升燃烧室为代表的新一代先进燃烧室设计研发的需要而撰写, 是我国自行设计研发先进燃烧室的基础。
???? 本书内容丰富, 立足21 世纪先进燃烧室技术, 大部分是作者自己科研、设计和研发的实践总结, 这是本书与其他类似出版物最大的区别。本书适合于从事燃气涡轮发动机燃烧室设计研发人员和研究生使用, 也可作为相关专业科技人员和高等院校师生参考用书。

目  录

第1 章 绪论………………………………………………………………………… ( 1 )
 1.1 燃气轮机燃烧室的基本组成部分…………………………………………… ( 1 )
 1.2 发动机循环参数及工况……………………………………………………… ( 2 )
 1.3 燃烧室的工作参数…………………………………………………………… ( 3 )
 1.4 性能参数及工作评定参数…………………………………………………… ( 4 )
 1.5 航空燃气轮机主燃烧室的发展……………………………………………… ( 6 )
 1.6 燃烧室气动热力设计………………………………………………………… ( 7 )
第2 章 燃烧室空气流动…………………………………………………………… ( 8 )
 2.1 燃烧室总的空气流路………………………………………………………… ( 8 )
 2.2 燃烧室空气分配……………………………………………………………… ( 9 )
 2.3 火焰筒有效流通面积ACd ……………………………………………… ( 10 )
 2.4 火焰筒进气孔Cd ………………………………………………………… ( 14 )
 2.5 带旋流器的预混模的ACd ……………………………………………… ( 16 )
第3 章 燃烧室空气动力学………………………………………………………… ( 21 )
 3.1 扩压流动与扩压器…………………………………………………………… ( 21 )
 3.2 流线型扩压器………………………………………………………………… ( 21 )
 3.3 短突扩扩压器………………………………………………………………… ( 23 )
 3.4 前置扩压器设计……………………………………………………………… ( 27 )
 3.5 先进燃气轮机燃烧室环形扩压器设计和头部空气动力学的发展………… ( 30 )
 3.6 实用燃烧室旋流空气动力学及旋流器……………………………………… ( 34 )
 3.7 旋流空气动力学对燃烧的影响……………………………………………… ( 47 )
 3.8 燃烧区旋流的相互作用……………………………………………………… ( 54 )
 3.9 掺混射流的空气动力学……………………………………………………… ( 57 )
第4 章 燃油喷射与雾化…………………………………………………………… ( 58 )
 4.1 喷嘴类型……………………………………………………………………… ( 58 )
 4.2 喷嘴的流量方程、流量系数和流量数……………………………………… ( 59 )
 4.3 液雾的液滴尺寸分布………………………………………………………… ( 61 )
 4.4 单油路离心喷嘴……………………………………………………………… ( 69 )
 4.5 空气助雾化简单离心喷嘴…………………………………………………… ( 74 )
 4.6 关于压力雾化、空气助雾化、空气雾化的概念讨论……………………… ( 82 )
 4.7 高液体压力降的成膜式空气雾化喷嘴……………………………………… ( 86 )
 4.8 直喷跨流空气雾化喷嘴……………………………………………………… ( 90 )
 4.9 同轴顺流直喷空气雾化……………………………………………………… ( 99 )
 4.10 内混空气雾化喷嘴………………………………………………………… (112)
 4.11 外混合二次雾化空气助雾化离心喷嘴…………………………………… (119)
 4.12 本章总结…………………………………………………………………… (119)
第5 章 燃油蒸发…………………………………………………………………… (120)
 5.1 引言…………………………………………………………………………… (120)
 5.2 单个静止液滴蒸发的试验测量……………………………………………… (121)
 5.3 单组分液滴静止蒸发的物理基础…………………………………………… (122)
 5.4 单组分静止液滴稳态蒸发的计算…………………………………………… (125)
 5.5 单组分单个液滴非稳态(加热段) 蒸发计算……………………………… (128)
 5.6 强迫对流蒸发………………………………………………………………… (130)
 5.7 等效蒸发常数………………………………………………………………… (131)
 5.8 液滴蒸发与液雾特性的相互关系…………………………………………… (131)
 5.9 多组分燃油液滴蒸发概论…………………………………………………… (133)
 5.10 将多组分燃油当作单组分燃油来处理的液滴蒸发计算………………… (134)
 5.11 多组分燃油饱和蒸气压方程及蒸气分子量方程………………………… (139)
 5.12 燃油液雾蒸发问题的复杂性……………………………………………… (143)
 5.13 液相计算中需要考虑的几个方面………………………………………… (146)
 5.14 单组分简化处理的多组分蒸发计算与多组分燃油蒸发计算的比较…… (153)
 5.15 用ρgDgAB和(K / cp)g 的比较……………………………(164)
 5.16 实用蒸发模型……………………………………………………………… (166)
第6 章 燃油液雾穿透分布及油气混合…………………………………………… (167)
 6.1 概论…………………………………………………………………………… (167)
 6.2 液滴运动阻力系数…………………………………………………………… (168)
 6.3 液雾中的液滴运动阻力系数………………………………………………… (174)
 6.4 离心式压力雾化喷嘴液雾穿透……………………………………………… (178)
 6.5 在横向直匀流中简单直射喷雾的穿透……………………………………… (182)
 6.6 在直匀横向气流中简单直射喷嘴下游固体壁面上燃油捕获率的分析及试验验证…… (186)
 6.7 低污染燃烧研发中控制燃油碰壁的措施…………………………………… (188)
 6.8 在旋流空气中直射喷嘴的穿透碰壁………………………………………… (192)
 6.9 同轴顺流直喷空气雾化在横向气流中的穿透……………………………… (193)
 6.10 燃油散布及油气混合的重要性…………………………………………… (197)
 6.11 大范围内分布的不均匀性及小范围内分布的均匀性…………………… (200)
 6.12 离心压力雾化喷嘴与副空气模的直混…………………………………… (202)
 6.13 单个简单直射喷嘴90°喷射在亚声速、室温和横向空气流中下游的燃油散布…… (203)
 6.14 在均匀加热横向空气流中单个直射喷嘴下游液相及燃油蒸气的
浓度分布…………………………………………………………………… (209)
 6.15 在不均匀的室温横向气流中单个直射喷嘴下游液体燃油油气比分布… (211)
 6.16 旋流横向气流中直喷油雾的散布………………………………………… (213)
 6.17 旋流对油气散布与混合的影响…………………………………………… (215)
 6.18 同轴顺流直喷空气雾化在旋流横向气流中的油气分布………………… (217)
 6.19 结束语……………………………………………………………………… (218)
第7 章 先进燃烧室的燃烧组织…………………………………………………… (220)
 7.1 燃烧组织的定义及其重要性………………………………………………… (220)
 7.2 先进燃烧组织与常规燃烧组织的不同……………………………………… (220)
 7.3 常规燃烧区燃烧组织的基本特点…………………………………………… (221)
 7.4 常规的燃烧组织不适合于先进燃烧室的原因……………………………… (222)
 7.5 贫燃低污染燃烧区组织的一些特点………………………………………… (223)
 7.6 先进燃烧组织的空气供应和燃油供应……………………………………… (224)
 7.7 先进低污染燃烧组织和燃烧室研发的关系………………………………… (225)
第8 章 燃烧效率…………………………………………………………………… (227)
 8.1 定义…………………………………………………………………………… (227)
 8.2 什么情况下有燃烧效率的问题……………………………………………… (230)
 8.3 对θ, η 的讨论……………………………………………………………… (230)
 8.4 一些典型的慢车状态燃烧效率试验数据…………………………………… (232)
 8.5 慢车状态下影响燃烧效率的诸因素………………………………………… (233)
 8.6 返场工况下燃烧效率试验数据……………………………………………… (234)
 8.7 巡航状态及过渡工况下的燃烧效率………………………………………… (238)
 8.8 其他情况下的燃烧效率问题………………………………………………… (240)
 8.9 单模燃烧室试验、扇形段燃烧室试验、全环形燃烧室试验燃烧效率的比较………… (242)
 8.10 影响燃烧效率各因素的综合讨论………………………………………… (242)
第9 章 地面点火与高空再点火…………………………………………………… (245)
 9.1 点火与发动机起动过程……………………………………………………… (245)
 9.2 点火起动过程可能出现的问题……………………………………………… (247)
 9.3 点火起动中的燃油供应……………………………………………………… (250)
 9.4 影响地面点火的主要因素…………………………………………………… (252)
 9.5 改善地面点火的措施………………………………………………………… (257)
 9.6 高空点火起动………………………………………………………………… (259)
 9.7 影响高空点火的各因素……………………………………………………… (262)
 9.8 改善高空点火的可能措施…………………………………………………… (268)
 9.9 点火试验……………………………………………………………………… (271)
第10 章 火焰稳定与熄火…………………………………………………………… (272)
 10.1 基本概念…………………………………………………………………… (272)
 10.2 在燃气轮机燃烧室中可能有熄火危险的情况…………………………… (275)
 10.3 慢车贫油熄火……………………………………………………………… (275)
 10.4 返场状态雷雨熄火………………………………………………………… (286)
 10.5 主模熄火…………………………………………………………………… (289)
 10.6 改进主模熄火的措施……………………………………………………… (292)
 10.7 预混主模熄火的主动控制………………………………………………… (295)
 10.8 军用发动机燃烧室的熄火………………………………………………… (296)
 10.9 先进燃烧室火焰稳定的气动基础………………………………………… (296)
第11 章 燃烧室出口分布…………………………………………………………… (299)
 11.1 主燃烧室与冲压燃烧室、加力燃烧室的不同点………………………… (299)
 11.2 燃烧室出口温度分布质量要求与定义…………………………………… (299)
 11.3 高油气比燃烧室出口分布的特殊要求…………………………………… (301)
 11.4 燃烧室出口热点指标……………………………………………………… (302)
 11.5 影响燃烧室出口径向温度分布的因素…………………………………… (304)
 11.6 环形燃烧室出口径向温度分布的半经验半理论的预估方法…………… (306)
 11.7 燃烧室出口径向温度分布的调试………………………………………… (306)
 11.8 涡轮级间燃烧室(ITB) 出口温度分布的特殊问题………………… (309)
第12 章 燃烧室传热与冷却………………………………………………………… (311)
 12.1 燃烧室冷却的要求………………………………………………………… (311)
 12.2 冷却方式…………………………………………………………………… (313)
 12.3 气膜冷却…………………………………………………………………… (313)
 12.4 冲击冷却…………………………………………………………………… (317)
 12.5 冲击与发散小孔冷却组合的研究………………………………………… (322)
 12.6 发散小孔冷却的研究……………………………………………………… (324)
 12.7 作者研发的冷却方式……………………………………………………… (331)
 12.8 辅助性的加强冷却措施…………………………………………………… (339)
 12.9 燃烧室传热过程…………………………………………………………… (343)
 12.10 燃烧室冷却计算举例……………………………………………………… (372)
 12.11 结束语……………………………………………………………………… (383)
第13 章 燃烧室总压损失…………………………………………………………… (384)
 13.1 总压损失系数……………………………………………………………… (384)
 13.2 无用总压损失与有用总压损失…………………………………………… (384)
 13.3 火焰筒总压损失系数与火焰筒ACd 的确定…………………………… (385)
 13.4 影响燃烧室总压损失的各因素…………………………………………… (386)
 13.5 火焰筒加热总压损失……………………………………………………… (387)
 13.6 火焰筒冷态总压损失的组成……………………………………………… (388)
 13.7 讨论………………………………………………………………………… (389)
第14 章 燃烧室噪声排放…………………………………………………………… (392)
 14.1 燃烧室两种噪声排放……………………………………………………… (392)
 14.2 直接噪声与间接噪声……………………………………………………… (393)
 14.3 不同结构形式的影响……………………………………………………… (393)
 14.4 燃烧噪声的特性…………………………………………………………… (394)
 14.5 燃烧噪声流………………………………………………………………… (398)
 14.6 燃气轮机燃烧噪声的预估以及与试验的对比…………………………… (398)
 14.7 燃烧噪声研究近期的进展………………………………………………… (405)
 14.8 本章小结…………………………………………………………………… (406)
第15 章 燃烧室排气冒烟及微粒子排放…………………………………………… (407)
 15.1 冒烟及微粒子排放………………………………………………………… (407)
 15.2 新的冒烟问题……………………………………………………………… (408)
 15.3 排气冒烟一些基本概念…………………………………………………… (410)
 15.4 烟粒子生成机理…………………………………………………………… (414)
 15.5 烟粒子的氧化……………………………………………………………… (418)
 15.6 烟粒子与火焰辐射的关系………………………………………………… (421)
 15.7 发动机排气冒烟的可见性………………………………………………… (423)
 15.8 排气冒烟测量与燃烧室研发……………………………………………… (425)
 15.9 燃料对燃烧室冒烟的影响………………………………………………… (431)
 15.10 燃烧室工作参数对冒烟的影响…………………………………………… (435)
 15.11 燃烧室设计对冒烟的影响………………………………………………… (435)
 15.12 先进燃烧室上减少冒烟的设计措施: 高油气比燃烧室………………… (439)
 15.13 RQL 低污染燃烧室中的冒烟问题…………………………………… (440)
 15.14 燃气轮机燃烧室冒烟的CFD 计算………………………………………(441)
 15.15 微粒子排放概述…………………………………………………………… (442)
 15.16 定义与术语………………………………………………………………… (443)
 15.17 考虑航空发动机的微粒子排放的原因…………………………………… (443)
 15.18 对环境中微粒子浓度的政府规定要求…………………………………… (445)
 15.19 航空发动机非挥发性微粒子排放测量文件……………………………… (446)
 15.20 带粒子的样气取样管……………………………………………………… (448)
 15.21 挥发性微粒子与发动机设计与工况的关系……………………………… (448)
第16 章 预混燃烧中的回火………………………………………………………… (451)
 16.1 引言………………………………………………………………………… (451)
 16.2 回火常与自燃同时出现…………………………………………………… (451)
 16.3 回火的几种机理概述……………………………………………………… (453)
 16.4 设计措施…………………………………………………………………… (460)
第17 章 预混燃烧中的自燃………………………………………………………… (463)
 17.1 引言………………………………………………………………………… (463)
 17.2 重要概念…………………………………………………………………… (464)
 17.3 液体航空燃油自燃延迟时间测定和关系式……………………………… (465)
 17.4 DF -2 液体燃油自燃延迟时间的试验数据…………………………… (469)
 17.5 甲烷(或天然气) 的自燃延迟时间……………………………………… (472)
 17.6 航空液体燃油自燃延迟时间的分析……………………………………… (474)
 17.7 为防止LPP 预混模自燃采取的设计措施……………………………… (477)
 17.8 JP -10 自燃延迟时间………………………………………………… (478)
第18 章 低污染燃烧中的振荡燃烧………………………………………………… (479)
 18.1 引言………………………………………………………………………… (479)
 18.2 振荡燃烧在常规燃烧室中不严重而在低污染燃烧室中严重的原因…… (480)
 18.3 问题的严重性……………………………………………………………… (480)
 18.4 克服振荡燃烧问题的难点………………………………………………… (481)
 18.5 瑞利(Rayleigh) 准则, 振荡燃烧机理……………………… (482)
 18.6 控制措施概述……………………………………………………………… (489)
 18.7 由燃烧区组织来控制振荡燃烧…………………………………………… (491)
 18.8 减振阻尼措施……………………………………………………………… (491)
 18.9 低污染振荡燃烧控制实例………………………………………………… (494)
第19 章 燃油沉积…………………………………………………………………… (504)
 19.1 自氧化与热解……………………………………………………………… (504)
 19.2 燃油自氧化机理生成燃油沉积的基本过程……………………………… (505)
 19.3 鉴别沉积的方法………………………………………………………… (507)
 19.4 燃油沉积试验……………………………………………………………… (508)
 19.5 燃油沉积试验结果………………………………………………………… (511)
 19.6 燃油沉积的机理(自氧化机理) ………………………………………… (517)
 19.7 燃油沉积的计算分析……………………………………………………… (520)
 19.8 纯化学动力学的燃油沉积模型分析……………………………………… (520)
 19.9 工程性的燃油沉积计算分析……………………………………………… (522)
 19.10 工程性的燃油沉积速率计算方程………………………………………… (527)
 19.11 工程性燃油沉积模型计算与试验数据的比较…………………………… (527)
 19.12 工程上控制燃油沉积的措施(自氧化机理) …………………………… (535)
 19.13 高温热解下燃油结焦……………………………………………………… (536)
第20 章 液体燃油…………………………………………………………………… (541)
 20.1 引言………………………………………………………………………… (541)
 20.2 航空燃油的发展…………………………………………………………… (541)
 20.3 燃油规范…………………………………………………………………… (544)
 20.4 航空煤油附加剂…………………………………………………………… (549)
 20.5 JP -8 +100 ……………………………………………………… (551)
 20.6 试验方法…………………………………………………………………… (553)
 20.7 航空煤油组成……………………………………………………………… (554)
 20.8 航空煤油的物理性质……………………………………………………… (557)
 20.9 航空煤油的燃烧性质……………………………………………………… (567)
 20.10 航空煤油使用中的问题…………………………………………………… (570)
 20.11 替换喷气燃油的发展……………………………………………………… (572)
参考文献……………………………………………………………………………… (576)


读者对象
??? 本书适合于从事燃气涡轮发动机燃烧室设计研发人员和研究生使用, 也可作为相关专业科技人员和高等院校师生参考用书。

关键词
??? 航空发动机;燃气轮机;燃烧室