離心式噴嘴結構參數的多目標優化設計

盛 鑫，侯 力，游云霞，彭真臻

（四川大學機械工程學院，四川成都 610065）

1 引言

航空燃油噴嘴的噴霧形態、霧化錐角、液滴尺寸、出口流量等霧化性能對燃燒穩定性、啟動點火可靠性、污染物排放等有著較大影響。大量試驗表明：噴嘴的結構參數對霧化性能有很大的影響［1?2］，因此，對噴嘴的結構參數進行優化設計有重要的意義。

常用的噴嘴按其工作原理分類，主要有旋流式壓力噴嘴（離心噴嘴）、旋轉噴嘴、噴氣噴嘴等。離心噴嘴由于擁有結構簡單、霧化質量高、性能穩定等優點，被廣泛用于各種飛機發動機和燃氣輪機中［3?5］。文獻［6］利用數值仿真得到了噴嘴孔徑等結構參數對霧化錐角和流量系數的影響，結果表明：旋流室長度增加會導致霧化錐角增大；文獻［7?8］通過試驗給出了噴嘴結構參數對霧化錐角的影響及流量的分布特性，并通過擬合得到了關于霧化錐角和流量系數的表達式；文獻［9］采用ALE 方法研究了旋流室收縮角、擴張段長度和擴張角對噴霧性能的影響，結果表明：霧化角隨著收縮角的增大而減小，但隨著擴張角的增大而增大；文獻［10］采用VOF方法分析了離心噴嘴的旋流室直徑、等直段直徑、等直段長度、擴張段角度等結構參數變化對流量系數、液膜厚度及霧化錐角的影響。上述研究主要采用多次的試驗和數值模擬等方法，在需要多次改變設計變量時，試驗成本和計算成本較大，此外，得到的經驗公式由于樣本較少，有較大誤差，預測分析效果較差，且沒有考慮到噴嘴各結構參數對霧化性能的交叉影響。……