燃烧室及污染排放思考和练习题（1）航空燃气轮机燃烧室的功用是什么？答：燃烧室的功用是把燃料中的化学能经过燃烧释放出来，转变为热能，直接加到发动机的空气当中，使其作功能力提高。

（加工压缩后的高压气流进入燃烧室，在燃烧室中进行充分有效地燃烧，燃烧后的高温高压燃气驱动涡轮提供压缩系统所需要的功，除此之外，剩余的高温高压燃气一部分通过喷管排出，产生推进力，推动飞行器前进，另一部分通过动力涡轮，做机械传动，带动螺旋桨或风扇，产生推力和升力。

）（2）航空燃气轮机燃烧室采取何种技术措施来满足发动机对燃烧室的性能要求？答：1.扩压降速：燃烧室进口气流马赫数在0.2到0.35之间，如果采用一定措施保证火焰稳定，在如今加温比2左右的情况下，加热损失将高达3-12%，从循环来看，大大降低了作功能力，所以需要降低燃烧区速度，可大幅度降低加热损失。

加热损失：*2***2dP kMa dT P T=-2.燃油雾化（压力，空气，甩油盘，蒸发管）3.低速区或回流区稳定火焰（旋流器）4.空气分股：流速考虑，设置背风挡板，使高速气流绕流，从而保证火焰稳定；可燃性考虑，航空燃油的化学恰当油气比为0.0676，而燃烧室中设计油气比范围为0.015-0.033，转换为当量比为0.22-0.49.分股空气一部分进入燃烧区，一部分进入掺混降温区（3）为什么早期的燃烧室体积和长度都比现在燃烧室大？p224答：早期的燃烧室容热强度(单位工作压力、单位燃烧室容积下，每小时燃烧的燃油所放出的热量)小，所以体积和长度大。

（燃烧室长度 Lc：所有的燃烧室都必须足够长到能容纳一个低速火焰稳定区和一个高速混合区，以降低出口温度分布。

燃烧室长度与火焰头部的比例 (Lc/Hd) 随着燃烧室技术的发展不断降低。

）（4）燃烧室火焰筒内为什么要分区？以燃烧室油气比0.03来说明。

答：（5）请叙述燃烧室的正常工作过程，点火起动过程和熄火过程。

答：正常工作过程：气流流动过程的组织-燃料浓度场的组织-燃烧区中可燃混合物的形成、着火与燃烧-混合区中二次掺冷空气与高温燃气掺混过程组织-火焰管壁冷却过程点火启动过程：燃烧室在地面状态情况下，由起动机带动发动机至一定的转速，燃烧室喷油，采用点火装置点火，在一定时间内使燃烧室所有的燃油喷嘴喷出的油雾都能着火熄火过程：（6）燃烧室的主要结构部分包括什么，各有什么作用？答：扩压器，降低压气机出口气流速度，恢复动压头，利于燃烧室组织燃烧机匣：用于安装火焰筒，连接发动机压气机部分和涡轮、加力燃烧室部分，是承力件；同时，机匣与火焰筒一起，构成环腔二股空气流动喷嘴：用于燃油雾化和空间分布旋流器：使气流旋转，产生中心回流区，强化稳定火焰燃烧过程帽罩：是空气按照环腔、头部所需量分股，流动不发生分离，减小流动损失火焰筒：燃烧室承温部件，火焰筒上开有各种孔，实现气流分量，在其间油气两相流稳定高效燃烧，并在下流与冷气掺混，满足出口温度需要，同时壁面采用有效地冷却保护措施，防止烧坏。

（7）在某一个燃烧室出口测量的CO 浓度为200ppm ，未燃碳氢的浓度为50ppm ，这两个浓度值是在压力1.0325×105Pa ，温度288K 条件下测得的，燃烧室油气比0.025，煤油的热值是43500kJ/kg ，请问，该燃烧室的燃烧效率是多少？4411000CO CO CH CH C EI Hu EI Hu Hu η+=-（8）为什么要规定燃烧室的出口温度品质？出口温度分布系数和平均径向温度分布系数的定义是什么，典型的数值范围，对涡轮的影响如何？答：燃烧室出口温度分布关系到涡轮的工作环境； 出口温度分布系数：指燃烧室出口温度最大值超出平均值的量与燃烧室温升之比4max 443ave ave aveT T OTDF T T -=-，0.25-0.35，越低越好 平均径向温度分布系数：燃烧室出口径向温度分布沿周向平均后与出口燃气平均温度之差，再与进出口燃气平均温度之差之比4443r ave ave aveT T RTDF T T -=-，不超过0.15 （9）某燃烧室进、出口平均温度分别为800K 、1650K ，实测出口温度分布数据如下表习1，请分析出口温度分布的品质。

设计的出口温度分布曲线参考下表习2。

表习 1（10）为什么要规定发动机燃烧室的慢车贫油熄火边界？（p223）答：慢车状态是发动机的最小稳定工作状态。

在发动机降工况时，需要减油门（燃烧室减油），而转子由于惯性，减速较慢，空气流量也降低的较慢，这样就出现了燃烧室贫油工作状态。

图8-4-4中虚线是燃烧室中油气比的变化过程，油气比不能低到进入图中的阴影区（贫油熄火边界），如果此燃烧室稳定性不好，油气比落在了阴影区，就出现了熄火，即所谓的空中熄火，属于重大事故。

军用航空涡轮发动机，f 小于等于0.005，民用航空燃气涡轮发动机f 小于等于0.007。

（11）为什么燃烧室需要一定的压力降？压力降为什么不能太大？压力降增加1％，航空燃气涡轮发动机的单位推力会降低多少？以推力为10000daN （1daN=10N （牛顿）daN 是力的单位），增压比25，涡轮前温度为1600K 的一个发动机为例。

P224 答：气流流过燃烧室,由于粘性及温升，会导致气流总压降低。

总压损失由两部分组成，扩压器损失（无用损失）和火焰筒损失（用于增加了气流的穿透和掺混，为有用损失）。

压力降太大会减低发动机性能，对于民用发动机，会增加耗油量，对于军用喷气发动机，会降低推力。

（12）如表8－3所示，是一个额定推力50kN ，总增压比为30的发动机在ICAO CAEP规定的各个运行模式下的NOx 排放指数。

各运行模式下的NOx 排放物指数和燃油流量答：()()()(/)/ / Emission g kN EI g kg fuel Engine SFC kg fuel hrkN T in mode hr =⨯⨯ /44.8496/LTO Dp Foo Emission g KN ==∑=CAEP4的标准为：/37.572 1.60.208775.137/LTO Dp Foo Foo g KN π==+-= 故满足要求（13）列出单层火焰筒壁热平衡方程表达式？P283答：燃气向壁面的辐射换热+燃气向壁面的对流换热+沿火焰筒壁面的导热=通过壁面的导热=壁面与环腔空气的辐射换热+壁面与环腔空气的对流换热()()111222121w w w R C K A R C A K A -++∆=+∆=∆（14）气膜冷却的优点和缺点？p288答：优点：可以在高压力和高温热应力下工作几千消失，而且冷却缝槽开可以减轻重量，并使火焰筒的机械强度得到加强；缺点：壁温不均匀，在冷却气膜出口位置温度最低，在接近下一道气膜出口时温度最高。

所以从本质上是对冷却气体的浪费（15）通过查阅文献资料，列举先进冷却方式的种类及应用。

P289答：（16）加力燃烧室的作用是什么？与主燃烧室相比，工作条件有何差异？答：加力燃烧室能使发动机在短时间内加大推力，增加飞行的机动性，使发动机取得高度速度优势，扩大飞行包线以及超声速飞行和其他作战需求，在短时间内得到最大推力以满足起飞、爬高、加速、追击等工作要求。

异同分析：对于小涵道比军用涡扇发动机，通常的设计中，经过复燃加力后的燃气都要经过喷嘴排出，因此，首先是外涵通道与核心机通道气流混合，这个过程是主燃烧室所没有的。

扩压降速时，扩压器设计基本相同。

（1.5分）其它的设计特点是相同的，但是具体的技术措施不一样。

燃油雾化，主燃烧室通常采用空气雾化喷嘴，离心喷嘴或蒸发管喷嘴（答出一种即可），家里燃烧室通常采用直射式喷嘴。

（1.5分） 低速区和回流区稳定火焰：主燃烧室通常采用旋流器形成的回流区稳定火焰，而加力燃烧室通常采用钝体（或答v 型槽，沙丘均可）形成回流去稳定火焰。

（1.5）空气分股：在主燃烧室中，由于燃烧的当量比低于煤油的化学恰当比，采用空气封股措施形成主燃区和掺混区，并形成火焰桶壁面冷却，以达到高效、稳定，高耐久性及符合涡轮要求的出口温度分布，而家里燃烧室中，为了追求最大的家里比，燃烧的当量比是接近煤油化学恰当比，主要的空气是用于参加燃烧，但是为保证加力燃烧室工作可靠性，少部分气流用于隔热屏的冷却。

（17）涡喷发动机和涡扇发动机加力燃烧室有何区别（原理，结构）？涡扇发动机加力燃烧室有哪几种组织燃烧方式？答：区别：原理上涡轮喷气发动机加力燃烧是在燃烧过的高温气流中组织燃烧，而涡轮风扇发动机加力燃烧是在外涵新鲜空气和流过涡轮的已燃气的混合气（也有分开的）中组织燃烧；二者的主要区别是燃烧组织方式不同，结构上主要是进气部分不同，前者采用的是单流路的扩压器，后者采用的是双流路的混合扩压器（18）加力比的定义是什么？加力比主要取决于什么？提高加力比受到哪些因素制约？ 答：加力比是指主机状态相同（涡轮前温度相同）时，开加力后的发动机推力ab F 与不开加力时的推力F 之比，记为ab F Fϕ=； 加力比主要取决于加温比，正比于加温比的平方根；加温比与燃烧前马赫数有密切关系，对于加力比很大的涡扇加力，应选用较低的流动马赫数，否则即使喷油燃烧加热，推力也未必会增加或者增加甚微；加温比还与飞行马赫数直接相关，当妈棵树增加时，加力比迅速增加，尤其是超音速飞行时。

（19）常用加力燃烧室有哪些点火方案？答：预燃室点火、热射流点火、催化点火和高能喷嘴直接点火。

（20）加力室V 形稳定器火焰稳定机理是什么？与主燃烧室旋流稳定火焰有何异同？ 答：P300（21）为何加力燃烧室比主燃烧室更易发生振荡燃烧？试举几种消除振荡燃烧的措施。

答：振荡燃烧又叫燃烧不稳定，是燃烧放热反应脉动引起的燃烧速度和释热率的周期性变化与燃烧室的声学特性发生共振而产生的不稳定燃烧现象。

原因：从能量耗散角度而言，加力燃烧是在加力筒体内进行，在边界上缺乏声耗散机制（即缺乏减震机制，与主燃烧室不同），因此加力燃烧室易于发生振荡燃烧：①存在着激发振荡的脉动源，如涡轮叶片旋转尾迹引起的流动和压力脉动，气流流过加力燃烧室内障碍物旋涡周期性脱落引起的压力脉动②当脉动源的压力脉动频率和加力燃烧室固有频率耦合时，产生共振，压力脉动增加③压力脉动引起加力燃烧室内物理过程的脉动以及化学反应过程的脉动，从而激发燃烧放热的脉动④当放热脉动和压力脉动耦合时，气流脉动获得能量，压力脉动幅度增加，而压力脉动增加，又使放热脉动进一步增加⑤随着压力脉动幅值增加，压力脉动机械能的损失也增大，直到激发振荡的能量与各种耗散能量相等时，压力脉动的幅值不再增加，达到饱和（振荡燃烧）。

措施：①横向振荡燃烧抑制方法：减小压力驱动能量，增加脉动机械能的耗散 ②纵向振荡燃烧的抑制方法：几何尺寸调整，燃烧规律调整（22）了解沙丘驻涡火焰稳定器的稳焰机理和优点。