噴口狀態(tài)對離心式噴嘴霧化影響研究

張鵬濤 崔薇

摘要：在地面冷試狀態(tài)下，霧化均勻性系數(shù)與霧化角度是衡量噴嘴霧化質(zhì)量的重要指標(biāo)。以運(yùn)某典型噴嘴為例，通過對比試驗(yàn)，研究了不同噴口形貌對霧化均勻性系數(shù)及噴霧角度的影響，并制定了對應(yīng)的工藝控制措施，實(shí)現(xiàn)了對地面冷試狀態(tài)下，噴嘴霧化的精準(zhǔn)控制。

關(guān)鍵詞：噴口狀態(tài) 離心式噴嘴 霧化

1、引言

離心式噴嘴的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在離心式噴嘴中，液體經(jīng)切向通道進(jìn)入旋流室，在離心力的作用下，出口形成很薄的錐形液膜并破碎成液滴，離心式噴嘴由切向的進(jìn)口、旋流室和軸向的出口三部分組成[1]。

霧化均勻性系數(shù)與霧化角度是衡量噴嘴霧化質(zhì)量的重要指標(biāo)。霧化均勻性系數(shù)用以衡量噴霧在空間內(nèi)分布的平均程度，測量方法是采用專用的儀器，將噴霧沿圓周方向36等分，同時收集每個扇區(qū)在一定時間內(nèi)積累的試驗(yàn)介質(zhì)的質(zhì)量，最大質(zhì)量與最小質(zhì)量之比稱為噴霧均勻性系數(shù)，該值越接近1，則證明噴霧在空間內(nèi)分布越均勻。霧化角度用以衡量噴霧在空間內(nèi)分布范圍，一般采用角度尺等測量。

如圖2所示，在正常條件下，噴嘴噴霧后形成對稱的錐形液膜，母線邊界清晰，錐體穩(wěn)定，在燈光下，錐體通透，而在地面冷試過程中，噴嘴噴霧存在束流、偏斜等缺陷，進(jìn)而造成噴嘴噴霧均勻性差，此外同批次噴嘴噴霧角度也存在較大波動，影響了發(fā)動機(jī)運(yùn)行的可靠性，研究表明，這些問題與噴嘴噴口狀態(tài)存在極大關(guān)聯(lián)。

2、噴口狀態(tài)對霧化均勻性系數(shù)影響分析

如圖3所示，在50倍顯微鏡下，對噴霧均勻性比較差的某典型噴嘴噴口進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)噴口中存在凹坑、突起等缺陷，這類缺陷會在噴霧出口擾流，進(jìn)而形成束流、偏斜等噴去缺陷，使得噴霧在空間分布不均勻，進(jìn)而造成霧化均勻性系數(shù)差。

為消除該類缺陷，對噴嘴噴口進(jìn)行拋光，如圖3所示，拋光后噴口存在約R0.05mm的倒圓，并將未拋光前突起、凹坑等缺陷予以消除。

如圖4及表1所示，通過對比拋光前后噴霧狀態(tài)及霧化均勻性系數(shù)變化可以看出，拋光消除噴口缺陷以后，噴嘴霧化中束流等缺陷大幅度減少，霧化均勻性系數(shù)出現(xiàn)了明顯的下降。

3、噴口圓角對噴霧角度影響分析

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，噴嘴噴霧角度與噴口圓角存在相關(guān)關(guān)系，為此在不同壓降下，對噴口圓角與噴霧錐角大小進(jìn)行了試驗(yàn)研究，具體如表2所示。

小結(jié)：

（1）同等壓降下，噴口圓角在R0.5以下的氧化劑噴噴嘴，噴霧角度普遍比燃料噴嘴大約30°。

（2）隨著壓降不斷升高，各狀態(tài)氧化劑噴嘴噴霧角度逐漸變大。其中噴口圓角在R0.5以下的噴嘴，1.2MPa比0.5MPa下，噴霧角度增大約5°;噴口圓角R0.6噴嘴，噴霧角度增大了約9°。

（3）噴口圓角R0.5以下各狀態(tài)噴嘴在同等壓降下，噴霧角度相差不大;噴口圓角R0.6的噴嘴與R0.5以下噴嘴，在同等壓降下，噴霧角度相差約10°。

4、結(jié)論

（1）增加噴口拋光可以有效消除噴口存在凹坑等缺陷，降低霧化均勻性系數(shù)。

（2）在特定壓力下，噴霧角度與噴口圓角密切相關(guān)，并隨著圓角的增大，噴霧角度成減少的趨勢。

參考文獻(xiàn)

[1]朱寧昌.液體火箭發(fā)動機(jī)設(shè)計（上）[M].北京：宇航出版社，1994.

作者簡介：

張鵬濤（1987-），男，漢族，陜西省鳳翔縣人，高級工廠師，大專，單位：西安航天發(fā)動機(jī)有限公司。研究方向：機(jī)械制造與自動化，從事機(jī)械加工

崔薇（1988-），女，漢族，山西省侯馬市人，工程師，工學(xué)學(xué)士。單位：西安航天發(fā)動機(jī)有限公司。研究方向：精密加工技術(shù)。