喷口状态对离心式喷嘴雾化影响研究

张鹏涛 崔薇

摘要：在地面冷试状态下，雾化均匀性系数与雾化角度是衡量喷嘴雾化质量的重要指标。以运某典型喷嘴为例，通过对比试验，研究了不同喷口形貌对雾化均匀性系数及喷雾角度的影响，并制定了对应的工艺控制措施，实现了对地面冷试状态下，喷嘴雾化的精准控制。

关键词：喷口状态 离心式喷嘴 雾化

1、引言

离心式喷嘴的结构如图1所示。在离心式喷嘴中，液体经切向通道进入旋流室，在离心力的作用下，出口形成很薄的锥形液膜并破碎成液滴，离心式喷嘴由切向的进口、旋流室和轴向的出口三部分组成[1]。

雾化均匀性系数与雾化角度是衡量喷嘴雾化质量的重要指标。雾化均匀性系数用以衡量喷雾在空间内分布的平均程度，测量方法是采用专用的仪器，将喷雾沿圆周方向36等分，同时收集每个扇区在一定时间内积累的试验介质的质量，最大质量与最小质量之比称为喷雾均匀性系数，该值越接近1，则证明喷雾在空间内分布越均匀。雾化角度用以衡量喷雾在空间内分布范围，一般采用角度尺等测量。

如图2所示，在正常条件下，喷嘴喷雾后形成对称的锥形液膜，母线边界清晰，锥体稳定，在灯光下，锥体通透，而在地面冷试过程中，喷嘴喷雾存在束流、偏斜等缺陷，进而造成喷嘴喷雾均匀性差，此外同批次喷嘴喷雾角度也存在较大波动，影响了发动机运行的可靠性，研究表明，这些问题与喷嘴喷口状态存在极大关联。

2、喷口状态对雾化均匀性系数影响分析

如图3所示，在50倍显微镜下，对喷雾均匀性比较差的某典型喷嘴喷口进行观察，发现喷口中存在凹坑、突起等缺陷，这类缺陷会在喷雾出口扰流，进而形成束流、偏斜等喷去缺陷，使得喷雾在空间分布不均匀，进而造成雾化均匀性系数差。

为消除该类缺陷，对喷嘴喷口进行抛光，如图3所示，抛光后喷口存在约R0.05mm的倒圆，并将未抛光前突起、凹坑等缺陷予以消除。

如图4及表1所示，通过对比抛光前后喷雾状态及雾化均匀性系数变化可以看出，抛光消除喷口缺陷以后，喷嘴雾化中束流等缺陷大幅度减少，雾化均匀性系数出现了明显的下降。

3、喷口圆角对喷雾角度影响分析

根据现场生产经验，喷嘴喷雾角度与喷口圆角存在相关关系，为此在不同压降下，对喷口圆角与喷雾锥角大小进行了试验研究，具体如表2所示。

小结：

（1）同等压降下，喷口圆角在R0.5以下的氧化剂喷喷嘴，喷雾角度普遍比燃料喷嘴大约30°。

（2）随着压降不断升高，各状态氧化剂喷嘴喷雾角度逐渐变大。其中喷口圆角在R0.5以下的喷嘴，1.2MPa比0.5MPa下，喷雾角度增大约5°;喷口圆角R0.6喷嘴，喷雾角度增大了约9°。

（3）喷口圆角R0.5以下各状态喷嘴在同等压降下，喷雾角度相差不大;喷口圆角R0.6的喷嘴与R0.5以下喷嘴，在同等压降下，喷雾角度相差约10°。

4、结论

（1）增加喷口抛光可以有效消除喷口存在凹坑等缺陷，降低雾化均匀性系数。

（2）在特定压力下，喷雾角度與喷口圆角密切相关，并随着圆角的增大，喷雾角度成减少的趋势。

参考文献

[1]朱宁昌.液体火箭发动机设计（上）[M].北京：宇航出版社，1994.

作者简介：

张鹏涛（1987-），男，汉族，陕西省凤翔县人，高级工厂师，大专，单位：西安航天发动机有限公司。研究方向：机械制造与自动化，从事机械加工

崔薇（1988-），女，汉族，山西省侯马市人，工程师，工学学士。单位：西安航天发动机有限公司。研究方向：精密加工技术。