[發明專利]一種強化液膜破碎效果的文氏管裝置

在審

• 申請號: 201410856241.6
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104676647A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 張群;楊省喆;孫順利;閆東博;徐昕歆
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于燃氣渦輪發動機領域，涉及一種高效燃料霧化的文氏管和由該文氏管組成的火焰筒和燃氣輪機燃燒室。

背景技術

現代航空發動機的發展要求燃燒室具有高溫升、低排放的特性。眾所周知液體燃料在空氣中燃燒，首先蒸發成燃油蒸汽，然后再進行燃燒。因此，燃燒的快慢在某種程度上取決于燃油蒸發的快慢。為了提高燃油的燃燒速度就必須要提高燃油蒸發速度。而提高燃油蒸發速度的非常重要的方法就是利用噴霧技術把燃油變成很細小的霧滴，以增加其蒸發面積。高溫升、低排放對燃料的霧化有更高的要求。

關于燃料的霧化，形象地說，液體燃料的霧化過程類似于廚房里土豆切丁過程。典型的切法是先切片，后切絲，最后切成丁。其中片的厚薄、絲的粗細都將影響最后丁的大小。一般噴嘴中，我們也類似地采用先在文氏管上形成油膜(片)，然后經由兩級旋流器進行霧化，形成液滴的霧化過程設計。而對液體起破碎作用的力，包括氣動力和慣性力。氣動力的作用是氣體與液流之間以大的相對速度產生相互作用，以及由于液流受氣動力方向不同而形成的壓力使液流變形、失穩、破裂。慣性力的作用是以較大液流速度使液流處于強紊流狀態，其橫向擾動使流體變形，以至于失穩而破裂。文氏管上液膜的霧化過程一般就不由(至少不完全由)噴嘴結構控制，而是由液體的表面張力(及粘性)、液膜或液絲的動能，或者空氣的動能等控制了。我們對于文氏管的改進可以有效地加大氣動力與慣性力，使液膜更容易失穩破裂，進而加強了霧化效果，可以有效地促進燃料液膜變為小液滴的過程。

該強化霧化效果的文氏管裝置，對于高性能航空發動機的研制具有重大的潛在應用價值。目前關于燃氣輪機燃燒室燃料的霧化研究主要集中于對復合噴射方式的研究，而關于文氏管結構對于燃料霧化的影響卻少有研究。很少見到關于在文氏管出口處內壁面上開孔或加凸臺的文章或專利。而這種文氏管采用了預膜霧化的方式，其霧化不受來流空氣質量流量大小的影響，霧化質量好；孔和凸臺的存在加大了燃料液膜的擾動，強化了霧化效果，且結構設計簡單，加工方便，有不容小視的應用前景。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提出一種新的高效燃料霧化的文氏管和由該文氏管組成的火焰筒和燃氣輪機燃燒室，與現有技術相比，本發明的優點是相對于其他燃氣輪機燃燒室上的文氏管，加大了對文氏管上燃料液膜的擾動，強化了霧化效果，且結構設計簡單。

技術方案

本發明的目的在于提供一種強化液膜破碎效果的文氏管裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

1、一種強化液膜破碎效果的文氏管裝置，其特征在于：該文氏管位于一級旋流器和二級旋流器出口中間位置。

2、根據要求1所述的一種強化液膜破碎效果的文氏管裝置，其特征在于：在所述文氏管管壁上開圓孔，開圓孔區域范圍為距文氏管出口10mm處到文氏管出口處，所開孔的直徑的大小范圍為05-2mm，文氏管上所開孔的孔壁面的切線與文氏管中軸線所形成的夾角中的銳角，該夾角的角度變化范圍為0-90度。

3、根據要求1或2所述的一種強化液膜破碎效果的文氏管裝置，其特征在于：在所述文氏管管壁上開圓孔，所開圓孔排數為1-6排，在文氏管管壁上所開的孔在排數超過一排時可以采取叉排或順排的排列方式，其排間距的可選變化范圍為最小孔徑大小的1-10倍。在文氏管軸向的同一位置處的孔具有相同的形狀和孔間距，在文氏管管壁上不同排的孔可以有不同的形狀和間距，其孔間距的可選變化范圍為孔徑的1-10倍。

4、根據權利要求1所述的一種強化液膜破碎效果的文氏管裝置，其特征在于，在所述文氏管管壁上加菱形凸臺，加凸臺的區域范圍為距文氏管出口10mm處到文氏管出口處，所加凸臺排數為1-6排，此菱形凸臺兩對角線長度范圍均為0.6-3mm，文氏管內壁上凸臺的高度尺寸范圍為0.2-2mm。

5、根據權利要求1或4所述的一種強化液膜破碎效果的文氏管裝置，其特征在于，在文氏管管壁上所加的凸臺在排數超過一排時可以采取叉排或順排的排列方式。其排間距的可選變化范圍為凸臺最小對角線長度的1-10倍，在文氏管軸向的同一位置處的?凸臺具有相同的形狀和間距，在文氏管管壁上不同排的凸臺可以有不同的形狀和間距，其凸臺間距的可選變化范圍為凸臺最小對角線長度的1-10倍。

6、一種強化液膜破碎效果的文氏管裝置，其特征在于：由要求1-5中的一種強化液膜破碎效果的文氏管裝置配合一級旋流器葉片、二級旋流器葉片和套筒可以構成一種高效霧化的雙級旋流器。