第5章 燃烧室

第五章柴油机燃料供给系教学目的与要求1、掌握柴油机燃料供给系的组成，柴油的性能指标。

2、掌握柴油机燃烧室的分类，喷油器分类、组成与工作原理，以及柴油机燃烧室与喷油器类型之间的匹配关系。

3、掌握柱塞式喷油泵中的A型泵和转子分配式喷油泵中的VE泵的构造与工作原理。

4、了解两速调速器和全速调速器的构造和工作原理。

5、了解喷油提前角调节器及柴油机供给系的辅助装置。

6、掌握发动机进、排气系统的组成。

7、了解电控柴油供给系。

重点与难点1、喷油器分类、组成与工作原理。

2、柱塞式喷油泵和转子分配式喷油泵的构造与工作原理。

3、两速调速器和全速调速器的构造和工作原理。

柴油机可燃混合气的形成和燃烧都是直接在燃烧室内进行的。

燃烧过程：高温压缩空气雾状柴油燃烧喷射物理化学变化持续喷射雾状柴油喷射柴油燃烧的主要特点（1）混合气的形成是在气缸内进行的。

（2）混合与燃烧的时间很短（0.0017～0.004秒）。

（3）柴油粘度大，不易挥发，必须以雾状喷入。

（4）可燃混合气的形成和燃烧过程是同时、连续重叠进行的，即边喷射，边混合，边燃烧。

目录♦第一节柴油机燃料供给系组成及燃料♦第二节喷油器♦第三节喷油泵♦第四节调速器♦第五节柴油机燃油供给系辅助装置♦第六节柴油机进排气系统♦第七节PT燃油供给系统♦第八节电控柴油机简介第一节柴油机燃料供给系组成及燃料一、柴油机燃料供给系的功用及要求1）在适当的时刻，将一定数量的洁净燃油增压后以适当的规律喷入燃烧室。

各缸的喷油定时和喷油量相同且与柴油机运行工况相适应。

喷油压力、喷油雾化质量及其在燃烧室内的分布与燃烧室类型相适应。

2）在每一个工作循环内，各气缸均喷油一次，喷油次序与气缸工作顺序一致。

3）根据柴油机负荷的变化自动调节循环供油量，以保证柴油机稳定运转，尤其是稳定怠速，限制超速。

4）存储一定数量的燃油，保证汽车的最大续驶里程。

二、组成（一）柱塞式喷油泵柴油机燃油供给系示意组成（二）三、柴油柴油分为轻柴油和重柴油。

第五章预混合气体火焰5.1 概述讨论预混合气体火焰问题就是要研究着火前燃料与氧化剂已经均匀混合成可燃混合气中的火焰传播机理。

在预混合火焰的传播过程中化学反应速度、传热、流动、扩散等都起着各自的重要的作用。

例如，汽油机中的燃烧是预混合火焰，火焰能在极短时间内传遍整个燃烧室，很重要的因素就是发动机在高速运动时气缸内有足够的气流及湍流强度，使燃烧能力大大增强。

在低温时化学反应速度慢，与扩散及传热相比，它在燃烧过程中所需的时间长。

因此，化学反应动力学(即反应速度)对火焰的传播起控制作用（即对燃烧过程起主要作用)。

在高温时则化学反应速度极快，而扩散与传热却相对是速度慢的环节。

因而，扩散与传热对火焰的传播起着控制作用。

预混合气体的火焰锋面将燃料混合气体与燃烧产物分开。

火焰锋面及其前后成分、温度、密度、速度、压力等的分布情况如图5-5(b)所示。

由于燃烧过程是复杂的化学反应过程，通常它是由许多个中间反应过程所组成。

因而，在火焰锋面处有许多复杂的、不稳定的、极为活泼的中间产物。

所有上述变量随火焰锋面厚度方向的变化情况称之为火焰的结构。

5.2 燃烧分类 (爆燃与缓燃)在燃烧现象中，火焰的传播速度与气流的流动状态及速度有关。

当火焰的传播速度大到有激波出现并同时伴随着燃烧时，在火焰锋面两侧有很大的压力突变，称之为爆燃(爆震波、爆轰，取决于所在学科，见下表)，此时火焰锋面随同爆震波一起前进，燃烧速度(即火焰传播速度)极快。

当载气流的流速较低时燃烧速度较慢。

火焰锋面前后的压差较小，称之为缓燃，一般的工业及生活中的燃烧均属此类。

表5-4所示为一些预混合气的爆震速度。

下面讨论上述两种燃烧现象与载气流速度及燃烧前后压力变化的关系。

图5-2所示为一水平安置的内部充满可燃混合物的等截面圆管，火焰面从管的左端向管内传播。

图5-2 在可燃混和气的水平管内的反应锋面的传播设燃烧波以稳定的速度沿管向右传播。

如取运动着的波面为坐标，取该处为x=0，则可将该波面看作静止的，可燃混合气以恒速（即燃烧速度）流向反应波处，并认为波前方的反应物及波后面的产物各自为均匀的、无粘性并不导热的，下标s 及f 分别代表反应物及产物，由一维的质量守恒、动量守恒及能量守恒方程对介质从s 状态到f 状态的流动有:s s f f u u ρρ= （连续方程） (5.1)22s s s f f fu p u p ρρ+=+ （Bernolli 动量方程） (5.2) 2222f s s f u u h h +=+ （能量方程）(5.3)在这里，焓的定义中还包括化学生成焓在内。

第五章燃烧室2.环形燃烧室的四种基本类型是什么？（1）带单独头部的环形燃烧室。

为了便于在火焰筒头部组织燃烧，把环形火焰筒头部做成若干个类似环管燃烧室火焰筒的头部结构，在这些单独的头部后面再转换成环形的掺混区。

例如WJ6、JT9D发动机的燃烧室。

（2）全环形燃烧室。

全环形燃烧室的火焰筒由内、外壁和环形头部构成。

若干个燃油喷嘴在火焰筒头部沿周向均匀分布。

采用2~4个点火器。

例如F119、RB211、Aл-31φ发动机的燃烧室。

（3）折流式环形燃烧室。

折流式环形燃烧室的火焰筒由内、外壁组成。

例如WP11发动机的燃烧室。

（4）回流式环形燃烧室。

回流式环形燃烧室的火焰筒由内、外壁和环形圆顶组成。

例如JT15D发动机的燃烧室。

4.简述火焰筒的组成及各部分的功能。

火焰筒由涡流器和火焰筒筒体组成。

涡流器在火焰筒的前端，其功能是形成火焰筒头部的回流区，降低气流速度，在火焰筒头部形成稳定的火源，保证燃烧室稳定工作。

火焰筒筒体按其功能分为三段，即头部、筒体和燃气导管。

火焰筒头部的功能是加速混合气的形成，保持稳定的火源，需要局部略微富油，故只有一小部分空气从头部进入。

火焰筒筒体（中段）是主燃烧区，其功能是加快油气混合气的燃烧过程，保证完全燃烧。

燃气导管的作用是降低高温燃气的温度，使涡轮能够承受，并且形成均匀的温度场。

6.环管燃烧室在结构上是如何保证火焰筒在工作时不会引起附加载荷的？环管燃烧室内、外壳前后有安装边分别与压气机和涡轮部件连接。

火焰筒前端径向支承在燃油喷嘴上、后部燃气导管呈扇形，用安装边和螺栓固定在涡轮导向器上，火焰筒受热后可以轴向自由膨胀，因此不会引起附加载荷。

8.燃油喷嘴的功能是什么？主要有哪几种类型？燃油喷嘴的功能是将燃油雾化，加速混合气的形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率。

类型：离心喷嘴、气动喷嘴、蒸发喷嘴和甩油盘式喷嘴等。

第五章燃烧室第5章燃烧室燃烧室功用高压空气燃油燃烧化学能热能高温高压燃气5.1 对燃烧室的基本要求–点火可靠、–燃烧稳定、–燃烧完全、–总压损失小、–尺寸小、–出口温度分布满足要求、–排气污染小。

5.1 对燃烧室的基本要求▪燃油与空气的比例油气比余气系数当量比▪燃油的流量空气流量fam fm q q f ,,5.1 对燃烧室的基本要求余气系数空气流量燃油流量理论空气量0,,L q q f m a m =α进入燃烧室的空气流量; 进入燃烧室的燃油流量理论空气量理论空气量是一公斤燃油完全燃烧所需要的最少空气量。

对于航空煤油,理论空气量为: 14.7公斤空气／公斤燃油5.1 对燃烧室的基本要求物理意义贫油和富油5.1 对燃烧室的基本要求▪▪▪5.1 对燃烧室的基本要求▪▪燃烧效率气体实际吸收的热量理论上释放出的热量▪燃烧完全系数理论上释放出的热量5.1 对燃烧室的基本要求▪3▪▪▪▪5.1 对燃烧室的基本要求▪–容热强度▪▪▪bbufmvb VpHqQ*2,3600η=5.1 对燃烧室的基本要求同一个环在径向上5.1 对燃烧室的基本要求 污染–污染物的含量随发动机的工作状态而变化5.1 对燃烧室的基本要求5.2 燃烧室的分类管式环式管环5.2 燃烧室的分类-管式燃烧室一、管式燃烧室–单独的火焰筒和外套–旋流器, 喷油嘴–联焰管5.2 燃烧室的分类-管式燃烧室▪扩压通道▪火焰筒▪连焰管:传焰,均压▪喷油嘴:雾化▪旋流器:回流区▪点火装置5.2 燃烧室的分类-管环式燃烧室二、管环式燃烧室–火焰筒：燃油与空气进行混合燃烧，第二股进气和燃气掺混降低温度。

–结构比较紧凑, 致使发动机的直径较小, 外壳体可以传递扭矩, 从而改善发动机整体刚性,有利于减轻发动机的结构重量。

5.2 燃烧室的分类-管环形燃烧室–火焰筒–连焰管–喷油嘴–旋流器–点火装置：5.2 燃烧室的分类-环形燃烧室三、环形燃烧室优点5.2 燃烧室的分类-环形燃烧室▪由四个同心圆筒组成▪最内、最外的两个圆筒为燃烧室的内、外壳体▪中间两个圆筒为火焰筒▪在火焰筒的头部装有一圈旋流器和喷油嘴▪环型燃烧室多用于轴流式压气机的发动机▪由于其结构最紧凑, 性能比较好, 近来很多发动机都采用环式燃烧室5.3 燃烧室的稳定燃烧－稳定燃烧的条件▪▪降低空气的流速▪提高火焰的传播速度,5.3 燃烧室的稳定燃烧－降低空气的流速二、降低空气的流速–１．扩散器–２．旋流器5.3 燃烧室的分类-管环形燃烧室 旋流器5.3 燃烧室的稳定燃烧－降低空气的流速3分股进气 第一股25余气系数稍小于1进行燃烧第二股75补充燃烧降低燃气的温度控制温度分布冷却保护5.3 燃烧室的稳定燃烧－影响火焰传播速度的因素▪余气系数α稍小于１时,火焰传播速度最大。

第五章 煤粉燃烧的理论基础和燃烧设备（一）教学要求1.掌握炭粒的三个燃烧区域，理解影响燃烧反应的化学因素和物理因素2.掌握煤粉气流着火的影响因素和完全燃烧的条件3.了解直流射流的特性，理解直流燃烧器的结构型式及其布置情况4.了解旋流射流的特性，理解旋流燃烧器的结构型式及其布置情况5.了解W 型火焰燃烧技术（二）重点和难点重点：1.炭粒燃烧的动力燃烧区、扩散燃烧区、过渡燃烧器三个区域2.煤粉气流着火的影响因素3.煤粉完全燃烧的条件难点：1.直流燃烧器的结构型式及其布置情况2. 旋流燃烧器的结构型式及其布置情况（三）教学方式课堂讲授、多媒体教学结合课堂讨论及现场模型讲授(四)教学内容第一节 燃烧的基本理论复习几种热损失。

为了减小热损失，锅炉燃烧需要作到：稳定着火、快速燃尽。

为实现该目的，需寻找强化燃烧的方法，这就要认识燃烧过程的本质。

从而，需要学习基础燃烧理论。

燃烧是气体、液体或固体燃料与氧化剂之间发生的一种强烈的化学反应；同时伴随各种物理过程燃烧反应根据参加反应的物质不同分为：一、化学反应速度某一反应物浓度的减少速度或生成物浓度的增加速度表示。

1.浓度浓度越大，反应速度越快。

质量作用定律：对于均相反应，在一定温度下化学反应速度与参加反应的各反应物的浓度乘积成正比，而各反应物浓度项的方次等于化学反应式中相应的反应系数。

对于异相反应：化学反应在炭粒表面进行，认为碳粒浓度不变，化学反应速度指单位时间内碳粒表面上氧浓度的变化。

质量作用定律说明：在温度不变的情况下，反应物的浓度越高，分子的碰撞hH gG bB aA +→+b B a A C kC w =b B B kC w =机会越多，化学反应速度就越快。

2.温度阿累尼乌斯定律：温度增加，反应速度近似成指数关系增加，体现在反应速度常数。

反应物浓度不变时，反应速度常数k 随温度变化的关系3.压力在反应容积不变的情况下，反应系统压力增高，就意味着反应物浓度增加，化学反应速度增加。