[發(fā)明專利]一種自吸式氣泡霧化燃油噴嘴

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210032717.5
• 申請(qǐng)日: 2012-02-14
• 公開（公告）號(hào): CN102563642A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚建國(guó);王振國(guó);周進(jìn);劉衛(wèi)東;梁劍寒;丁猛;陳暉;范曉檣;李大鵬;吳先宇;潘余;王翼;李慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): F23D11/38
• 分類號(hào): F23D11/38
• 代理公司: 國(guó)防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 邱軼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于燃燒領(lǐng)域的燃油噴嘴，尤其涉及一種采用氣泡霧化增強(qiáng)霧化效果的燃油噴嘴。

背景技術(shù)

燃油噴嘴是航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等燃燒裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一。其主要作用是把燃油霧化成微小的液滴，并噴入燃燒室中燃燒。除壓力霧化和氣動(dòng)霧化外，今年來(lái)氣泡霧化噴嘴收到了廣泛關(guān)注。氣泡霧化是通過(guò)在燃油中注入少量氣體，這些氣體在噴嘴內(nèi)部與燃油混合，在噴嘴出口出現(xiàn)爆裂，從而產(chǎn)生非常細(xì)小的液霧。

中國(guó)專利“氣泡霧化噴嘴”(ZL95201702.4)、中國(guó)專利“撞擊內(nèi)混式氣泡霧化噴嘴”(ZL200720019255.8)、專利“一種氣泡霧化噴嘴”(CN201900063U)、專利“可調(diào)式螺旋氣泡霧化噴嘴”(CN201503015U)等均公布了不同形式和用途的氣泡霧化噴嘴。這些方案的缺點(diǎn)在于：采用氣泡霧化需要增加一套供氣裝置以在燃油中注入氣體，這套供氣裝置不僅系統(tǒng)復(fù)雜，也降低了可靠性。

專利“氣泡式霧化噴嘴”(CN101966495A)公布了一種不需要外界氣體，實(shí)現(xiàn)閉式循環(huán)的噴嘴(A裝置)，其原理在于通過(guò)加快流速，使液體壓力低于飽和蒸汽壓而汽化，這些汽化的蒸汽與未汽化的液體混合，達(dá)到氣泡霧化的目的。

上述方案的缺點(diǎn)在于：(1)蒸汽與液體的轉(zhuǎn)換是可逆的，當(dāng)壓力低于飽和蒸汽壓時(shí)出現(xiàn)蒸汽，壓力高于飽和蒸汽壓時(shí)，蒸汽消失；噴嘴在噴注前的壓力遠(yuǎn)高于飽和蒸汽壓，因此，是否能夠達(dá)到氣泡霧化效果完全依賴于蒸汽消失的速度，當(dāng)蒸汽在高壓下消失的速度很快時(shí)，出口就不能實(shí)現(xiàn)氣泡霧化；(2)為產(chǎn)生高速流體需要較高的壓降，通常比噴嘴本身所需要的壓強(qiáng)高1～2倍以上，從而對(duì)上游壓力提出了很高要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種氣泡霧化燃油噴嘴，其具有不需要專用的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，與A裝置相比，用于霧化的氣體為自動(dòng)吸入的氣體，不存在蒸汽變回液體的問(wèn)題，同時(shí)，對(duì)上游壓力沒有特別的要求。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種氣泡霧化燃油噴嘴，由噴嘴本體、連接管、文氏管和氣體導(dǎo)管組成，噴嘴入口與文氏管出口通過(guò)連接管相連，文氏管為先收縮后擴(kuò)張的旋成體結(jié)構(gòu)，收縮段較急，擴(kuò)張段較緩，文氏管喉部周圍開有一圈小孔；文氏管喉部外密封集氣套管，通過(guò)氣體導(dǎo)管或與高壓氣源、或與燃燒室相連，或直接敞開于大氣中。

噴嘴本體結(jié)構(gòu)在前述專利或相關(guān)文獻(xiàn)中均有公布，具體可參見“液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)(上)”(朱寧昌，宇航出版社，1994年，PP370～380)；

文氏管是一種根據(jù)泊努利方程制造的先收縮后膨脹的通道，其原理和設(shè)計(jì)方法為流體力學(xué)領(lǐng)域公知；泊努利方程反應(yīng)了流體中壓力能和動(dòng)能之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，表達(dá)式為：

其中，p為壓力，ρ為密度，u為速度，下標(biāo)1，2分別代表了兩個(gè)不同的位置；根據(jù)上述公式可知，當(dāng)速度增加，壓力就會(huì)變小，在文氏管喉部，由于液體流速很高，流體的靜壓接近飽和蒸汽壓p_s，在文氏管出口，由于采用了緩慢膨脹的結(jié)構(gòu)，速度緩慢下降，靜壓上升，總壓損失較低，合理設(shè)計(jì)的文氏管總壓恢復(fù)系數(shù)可達(dá)到85％～95％；

文氏管喉部直徑d_t由需要的燃油流量確定，根據(jù)流量關(guān)系式為：

其中，C_d為文氏管的流量系數(shù)，選取為0.9～0.98，ρ為燃油的密度，p₀為文氏管入口的壓力；

為保證收縮段的壓力損失較小，收縮段的半角一般選取為30～60度；為保證喉部后的流體流動(dòng)不發(fā)生分離，擴(kuò)張段的半角一般應(yīng)較小，通常選取為8～15度；文氏管前后端的直徑可選取為一樣大，以方便安裝，其直徑應(yīng)大于3～5倍喉部直徑；

所述文氏管喉部周圍開有的對(duì)稱分布的一圈小孔，選擇小孔個(gè)數(shù)n_h為3～12個(gè)，采用對(duì)稱的小孔，主要是為保證進(jìn)氣對(duì)稱，越大的文氏管選擇越多的小孔；

小孔直徑d_h由如下關(guān)系式確定：

其中，μ為小孔的流量系數(shù)，通常為0.7～0.8，p_a為小孔外部的壓力，由后所述的所引氣源壓力決定，當(dāng)敞開到大氣中時(shí)，為1.01*10⁵帕；Γ為由小孔內(nèi)外壓比決定的系數(shù)，根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)基本知識(shí)(可參見“液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)原理”，劉國(guó)球，宇航出版社，1994年)，當(dāng)p_s/p_a＜0.5283時(shí)，流動(dòng)為超聲速，Γ＝0.6847；當(dāng)p_s/p_a≥0.5283時(shí)，流動(dòng)為亞聲速，