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上海羽通推薦參考：噴氣燃料燃燒性能概述
閱讀：3354發布時間：2013-8-4
1.渦輪噴氣發動機中混合氣的形成過程
渦輪噴氣發動機使用的燃料是噴氣燃料。只有當燃料汽化并與空氣適當混合后才能進行有效的燃燒，所以在噴氣發動機中也有一個混合氣形成過程，它對燃燒過程有重大影響。然而，噴氣發動機的工作原理與汽油機或柴油機工作原理有很大的區別，它們的混合氣形成過程也不相同。在噴氣發動機中。燃料在5.07MPa或更高的壓力下，連續噴入高速（30m/s）的空氣流中。在一次點燃后，燃料連續噴入燃燒室。整個霧化、蒸發并形成混合氣的過程是連續進行的。在噴氣發動機中，決定混合氣形成質量的因素主要是燃料霧化質量、燃料本身的蒸發性以及燃燒室內空氣流的擾動強度。
燃料濃度必須在一定的范圍內時混合氣才能燃燒，而在噴氣發動機燃燒室中，燃料的燃燒是在伴隨著高速氣流的條件下進行的。燃料隨著氣流在火焰筒內迅速流動、滯留的時間不過幾毫秒。因此，能否在短時間內迅速形成混合良好的可燃混合氣，對燃燒過程有很大影響。例如對起動點火，特別是對高空再點火，由于發動機處于冷狀態，氣流的溫度和壓力都不高，混合氣如果形成不良（燃料蒸發性差），發動機便不能點火起動，造成事故。因而有的噴氣發動機采用汽油作為起動燃料，就是因為汽油的蒸發性較煤油好，有利于混合氣的形成。混合氣形成良好與否也影響燃燒效率。如果燃料霧化不良生成的大顆粒油滴來不及在燃燒室燃盡，便會使火焰伸長，往往使油滴尚未燃盡便隨廢氣排出燃燒室，因而降低燃燒效率，增大燃料的消耗量，也影響發動機動力性能。噴氣發動機中混合氣形成的好壞決定于燃料的物化質量和燃料自身的蒸發性好壞。
2.噴氣燃料霧化對混合氣形成的影響
在噴氣發動機燃燒室中，混合氣形成過程的關鍵在于霧化。霧化顆粒愈細，單位體積燃料形成的油滴數量愈多，總蒸發表面就愈大，蒸發速度也愈大。一般油滴直徑減小到原米的1/10時，每個油滴的表面積將減少到原來的1/100,但油滴總數將增大為原來的1000倍，因此，油滴束的總表面積將增大為原來的10倍。
在發動機構造等霧化條件一定的情況下，霧化質量主要決定于噴氣燃料的霧化性，即噴氣燃料的粘度和表面張力，其中粘度的影響更為突出。 噴氣燃料粘度過大，降低霧化質量，增大燃料的消耗量。粘度過小，霧化過細，也不利于形成均勻混合氣。粘度大小還影響到供油量和油泵磨損。過去一般認為噴氣燃料適當的粘度是在-40℃時不宜超過60mm2/s。由于飛機速度越來越大，使用的燃料有逐漸加重的傾向。研究資料表明，-40℃時粘度達到200-250mm2/s的燃料在使用上并不產生太大困難。
我國1號、2號和3號噴氣燃料均規定20℃時的粘度不小于1.25mm2/s，-20℃時粘度不大于8mm2/s。高閃點噴氣燃料-20℃粘度不大于8.5 mm2/s，國外噴氣燃料規定-40℃（或-34.4℃）時的粘度應低于16mm2/s,前蘇聯產T-5煤油則規定不超過60mm2/s。表面張力愈大的燃料，霧化愈困難。經驗證明，現代航空發動機廣泛使用離心式噴嘴，當采用噴氣燃料工作時，在各種情況下，包括溫度低達-40℃的情況，燃油的表面張力都能保證燃料有良好的霧化質量。因此，噴氣燃料對表面張力大小沒有特別要求。
3.燃料蒸發性對混合氣形成的影響
霧化了的燃油滴在燃燒室中一面運動，一面蒸發為蒸氣，并與空氣混合，這就是燃油的蒸發過程。在燃油蒸發過程中，由于燃燒室氣體溫度一般比油滴溫度高很多，所以油滴不斷受熱，油溫逐漸升高，而氣體與油滴之間的溫度差減小，于是油滴升溫的速度減慢。另一方面，隨著油滴溫度升高，蒸發過程加快，蒸發過程中的油滴所吸收的汽化潛熱也增多，這是使油滴溫度降低的因素。這樣，油滴在不斷升溫和不斷蒸發的過程中zui終達到某一平衡溫度，在這以后，油滴在不變的溫度下繼續蒸發直到全部氣化，這個溫度就叫等溫蒸發平衡溫度。
在噴氣發動機中，影響燃料蒸發的因素很多，主要為:①燃料的霧化質量;②燃料本身的蒸發性;③外界氣體對油滴的傳熱過程，包括空氣的溫度和油滴溫度之差，油滴及空氣的相對運動速度等;④燃油蒸汽向周m環境的擴散過程。由于蒸汽不斷向外擴散，降低了油滴表而附近燃油蒸汽的濃度（或蒸氣壓），才能創造繼續蒸發的有利條件。擴散過程越迅速，燃油的蒸發也就越迅速。下面著重從燃料的蒸發性方面進行闡述。
在噴氣發動機中，除起動情況外，燃料是在壓力下通過旋流室，再經噴嘴噴射到已點燃的高溫燃燒室中。由于噴嘴的設計使燃油一般能保證良好的霧化質量，所以在劇烈擾動的高溫氣流中能迅速蒸發。從理論上看，正常工作時點火以后，噴氣發動機可以使用從輕質的汽油、煤油以及輕柴油，直到重質油料作為噴氣發動機的工作燃料，它們都可以使發動機正常運轉。實際上也曾使用過40-350℃的各種餾分的燃料進行試驗。不過，當使用重質燃料時，必須攜帶少zui的輕質燃料（如汽油）作為起動點火或高空熄火時再點火之用。使用過重燃料就會給發動機帶來不安全的因素。
實踐證明，使用輕質餾分燃料有利于發動機的地面和高空起動，不僅能改善燃燒的條件，而且可以增強火焰的穩定性，也可以改善燃料的低溫性能。但是餾分過輕會增加供油系統中產生氣阻的危險，使燃油泵的磨損增大，同時，還會使燃料的體積發熱量降低。如使燃料餾分加重，雖能增加燃料的體積發熱量，擴大燃料的來源，但燃燒時容易產生積炭，燃燒不*，特別是燃料的低溫性能會降低。
基于上述考慮，作為噴氣發動機的燃料既不宜過重，也不宜過輕。目前各國普遍采用150-300℃范圍內的煤油餾分作為標準燃料，但為了擴大油品來源，也使用了部分餾分較寬的燃料（例如60-300℃等）。使用煤油餾分作為渦輪噴氣發動機燃料的另一個主要原因，就是因為它既可以在工作條件下保證良好的霧化和蒸發，又具有較好的高空性能。噴氣燃料的高空性能是指飛機高空飛行時，燃油在燃料系統中不易產生氣阻和引起損失的傾向。噴氣燃料高空性能的質量指標通常以燃料的飽和蒸氣壓表示（推薦采用上海羽通儀器儀表廠生產的YT-8017系列雷德法飽和蒸汽壓測定儀）。蒸氣壓越大，表明燃料中含輕組分多，飛機在高空容易產生氣阻，而且燃料的蒸發損失也大。因此，對噴氣燃料的飽和蒸氣壓常加以限制。規格中對1號及2號噴氣燃料未加限制，這是因為對該燃料的初餾點及10%餾出溫度有嚴格的限制，含輕組分很少。對含輕質成分較多的4號寬餾分燃料，則規定其38℃時的飽和蒸氣壓不得超過20kPa.飛機燃料系統在高空容易產生氣阻的原因，除燃料的蒸發性外，主要是高空大氣壓力降低。當高度達到15000m時，大氣壓力只有12kPa。由于噴氣飛機上升速度很快，到達高空后，燃油箱因有絕緣材料的保護，降溫很少，這時燃油在低壓下很易蒸發。如蒸氣壓過大，則可以引起沸騰，燃料中溶解的空氣也大量逸出，促使形成氣阻，使供油中斷，嚴重影響發動機的工作。同時，由于大量蒸發也造成燃料的損失。
由上述可知，燃油的蒸氣壓實際上限制了飛機飛行的高度。國內曾用幾種蒸汽壓為7.5-10.5kPa的寬餾分煤油在某些國產軍用飛機上試驗，起飛前油溫為38℃，飛行到16000m以上未產生氣阻。根據試驗，當油溫達到48℃時，其產生氣阻的高度約為14000m。可見，若起飛前油溫超過40℃時，使用寬餾分煤油，其飛行高度將受到一定限制。關于國產噴氣燃料高空蒸發損失，也曾用幾種煤油按不同機種的條件作過模擬試驗。燃料的初餾點與10%餾出溫度愈低，（檢測方法為羽通公司生產的YT-6536系列蒸餾測定儀）蒸氣壓愈大，則高空中的蒸發損失愈大。蒸發性相同的燃料，油溫愈高，蒸發損失愈大。從模擬試驗及實踐表明，目前我國使用的噴氣燃料在現有機種上使用，不會影響高空性能及航程，也不會因燃料的少量損失而影響其他使用性能。至于目前所用燃料具體的保證飛行高度，一般資料認為在油箱不密封或無增壓裝置的飛機上使用140-280℃餾分的噴氣燃料，由于其蒸氣壓較低（低于13.3kPa），可保證燃料系統在12000-14000m以上的高度正常工作。60-280℃寬餾分燃料的蒸氣壓較高，在油箱不密封或無增壓裝置情況下，飛行高度達10000-12000m時仍可保證燃料系統正常工作。為保證飛機高空飛行，目前采用的方法是將飛機油箱增壓并采用中介泵或增壓油泵，對燃料則限制其蒸氣壓不得超過20.OkPa。
相關檢測儀器：YT-6536系列蒸餾測定儀 YT-8019系列雷德法飽和蒸汽壓測定儀
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