[發明專利]一種兩組元旋流自引射噴嘴

有效

• 申請號: 201710485348.8
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107314398B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 姚衛;李波;張泰昌;袁躍明;范學軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明提供了一種兩組元旋流自引射噴嘴，包括：內噴嘴，為中空的燃料射流通道；外噴嘴，為中空的氧化劑射流通道，以同心且間隔的方式套在所述內噴嘴外，底部封閉；切向管道，由垂直于所述外噴嘴的外壁面的方向，均勻且傾斜的繞外壁面的底部分布，并與所述外噴嘴的內部連通。本發明能夠實現燃料射流和氧化劑射流的快速均勻混摻、提高燃燒穩定性和降低噴嘴的燒蝕損毀率。

技術領域

本發明涉及發動機領域，特別是涉及一種發動機中使燃料和氧化劑充分混合以產生高效、穩定燃燒的兩組元旋流自引射噴嘴。

背景技術

噴嘴在發動機中控制燃油流量，使燃料流和氧化劑流充分混合，以產生高效、穩定的燃燒。因此噴嘴在發動機燃油霧化燃燒動態系統中起著極其重要的作用。自1892 年狄塞爾首先將直射式噴嘴用于柴油機，人們基于提高混合效率和實現火焰穩定性的主要目的開展了大量的實驗與理論研究，發展了不同類型的噴嘴，目前普遍應用的噴嘴主要有以下幾種類型：直射式、氣動式、超聲霧化式和離心旋流式。目前，對無旋流的直噴噴嘴的理論分析較多，但對旋流噴嘴的射流特性及其破碎霧化機理的認識尚不清晰。為了在有限的燃燒室內部提高燃料流霧化和混合效率，離心旋流式噴嘴在先進航空發動機和火箭發動機燃燒室被廣泛采用。

現有離心旋流式噴嘴的工作原理是：燃料流在壓差作用下進入旋流器產生旋轉流動，在剪切力和離心力的共同作用下，再經噴口噴出。離心旋流式噴嘴由于霧化性能好、結構相對簡單、運行可靠等優點而廣泛應用在燃氣輪機、火箭發動機、內燃機、工業鍋爐和工業窯爐等熱力設備上。目前國內外對各種新型旋流噴嘴的設計及其流場優化目前仍處于初步研究階段，尚無成熟的理論指導和工業設計標準。

在旋流噴嘴基本流場結構方面，1）Datta 和 Some等用數值模擬方法研究了旋流噴嘴的空氣芯、霧化錐角等特性參數對噴嘴流場的影響；2）Seeks 和 Essay等通過實驗觀察了旋流噴嘴出口平面傾斜角度對噴霧發展過程和霧滴大小分布的影響。

在新型嘴設計方面，1）Daniel 和 Corinne等對一種有螺旋導流結構的壓力旋流噴嘴進行了研究，王成軍、陳明功等也做過類似結構噴嘴的實驗和模擬，并對旋流室的螺旋升角及通道槽數進行了優化設計；2）胡鶴鳴等設計并通過數值模擬分析了一種用于切向/軸向組合式用于旋轉破碎磨料的射流噴嘴；3）Christopher等對一種切片式旋流發生器的燃油噴嘴進行了實驗研究，分析了切片的幾何要素對旋轉非預混火焰穩定性的影響。

由于現有的旋流噴嘴一般采用內旋外混的形式設計，即借助離心力是的內側流體向外側擴散并與外側流體摻混。此類型的噴嘴由于內側流體不聚攏會存在混合不均勻、混摻速度慢、燃燒穩定性差以及容易燒蝕噴嘴等一系列缺點。

發明內容

本發明的目的是要提供一種能夠使發動機中燃料和氧化劑充分混合以產生高效、穩定燃燒的兩組元旋流自引射噴嘴。

特別地，本發明提供一種兩組元旋流自引射噴嘴，包括：

內噴嘴，為中空的燃料射流通道；

外噴嘴，為中空的氧化劑射流通道，以同心且間隔的方式套在所述內噴嘴外，底部封閉；

切向管道，由垂直于所述外噴嘴的外壁面的方向，均勻且傾斜的繞外壁面的底部分布，并與所述外噴嘴的內部連通。

在本發明的一個實施方式中，所述內噴嘴的高度低于所述外噴嘴的高度。

在本發明的一個實施方式中，所述內噴嘴的壁面厚度至少為所述外噴嘴內直徑的十分之一。在本發明的一個實施方式中，所述內噴嘴的內直徑為所述外噴嘴內直徑的五分之一至四分之一。

在本發明的一個實施方式中，所述內噴嘴的燃料射流速度不低于所述外噴嘴的氧化劑射流速度的50%。