为了应对化石燃料短缺和环境污染两大难题,寻找新型燃料替代或部分替代航空煤油已成为目前航空动力系统领域研究的热点。乙醇作为一种清洁可再生的含氧燃料,具有原料来源广泛、制备工艺简单、价格低廉的特点,受到了人们的广泛关注。与此同时,离心喷嘴作为航空发动机广泛使用的雾化元件,其雾化性能直接影响燃烧效率。为此,本文采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法,借助先进的光学测量平台探究了离心喷嘴结构变化对雾化流场、雾化角、破碎长度、液滴粒径分布等特性参数的影响规律,构建了雾化角和流量系数分别与压差、切向槽倾斜角、喷嘴几何特性参数和背压之间的关联式,揭示了乙醇在航空煤油/乙醇混合燃油中浓度对于离心喷嘴产生旋转锥形液膜雾化特性的影响。主要工作如下:首先自主搭建了一套测量离心喷嘴旋转液膜雾化特性的光学测量实验平台。该测量平台主要包括:燃油喷射系统、供气系统、定容雾化弹和光学测量系统。其中,燃油喷射系统最大可提供6 MPa的喷射压力,定容雾化弹可承受4 MPa环境压力,光学测量系统可测量雾化形态、雾化液滴速度场和平面粒径分布等雾化特性。其次,开展了结构对离心喷嘴锥形液膜雾化特性影响的研究。以航空煤油和航空煤油(70%)/乙醇(30%)的混合燃油为工质,实验研究了三种不同出口直径对两种燃油雾化液滴速度场和雾化角的影响。结果发现出口直径为0.5 mm喷嘴的雾化角最大。根据相似准则建立了离心喷嘴雾化角和雷诺数之间关系式。另外,以航空煤油为工质,研究了喷嘴内切向槽四种倾斜角度对轴向速度、流量系数、液膜展开角、破碎长度和液滴直径的影响,并拟合得出了流量系数、液膜展开角分别与背压、压差、喷嘴几何特性参数和切向槽倾斜角之间关系式。同时,根据液滴粒径分析发现当倾斜角为15°时,雾化液滴粒径最小。再次,研究了航空煤油和乙醇不同混合体积分数(乙醇体积分数0～30%)对离心喷嘴全局雾化特性(流量系数、雾化角、破碎长度和粒径平面分布)的影响规律。首先,根据环状流中空气与液膜间的摩阻系数公式,分析了背压对离心喷嘴流量系数的影响,发现当压差为1.0 MPa时,无背压与2.0 MPa背压下的流量系数相差2.1%。离心喷嘴流量系数随乙醇浓度增大而减小。其次,实验发现离心喷嘴雾化角随乙醇浓度的增加而变大,但压差超过0.8 MPa时,雾化角达到最大值且不受乙醇浓度的影响。通过修正航空煤油摩阻系数计算公式,得出了航空煤油/乙醇混合燃油的摩阻系数计算公式。另外,实验结果表明,破碎长度和雾化液滴直径随乙醇浓度增大而减小,而雾化液滴速度随之增大;当压差增大到0.8 MPa时,混合燃油雾化液滴速度和粒径受乙醇浓度影响较小。与理论分析得到的破碎长度相比,半经验公式计算精度平均提高了6.83%。最后,分析了乙醇浓度对局部雾化特性的影响。采用数值模拟和经验公式相结合的新方法得到了航空煤油/乙醇混合燃油在离心喷嘴出口处的液膜厚度。以该液膜厚度为特征长度,对破碎处的粒径和表面波波长进行了无量纲化处理,发现长波波长和短波波长实验值和理论值平均相差7.8%和4.6%。粒径半经验公式计算值和理论值分别与实验值相比较,半经验公式计算精度平均提高了 18.8%。以上结论可为在燃气轮机动力装置中,航空煤油混入乙醇燃料提供实验数据和理论指导。