[發(fā)明專利]一種適用于脈沖爆震燃燒室的冷卻結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2022-07-29
• 公開（公告）號: CN115218224B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏家興;肖俊峰;王瑋;王峰;李曉豐;高松;胡孟起;夏林;連小龍;王一豐
• 申請（專利權(quán)）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F23R7/00
• 分類號: F23R7/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種適用于脈沖爆震燃燒室的冷卻結(jié)構(gòu)，包括爆震燃燒室、高效換熱腔和普通換熱腔。爆震燃燒室為一端封閉、另一端開口的密封直圓管，且內(nèi)部設(shè)有帶冷卻通道的Shchelkin螺旋增爆障礙物，其作用是降低爆燃向爆震轉(zhuǎn)捩(簡稱DDT)的時(shí)間及距離。DDT段換熱強(qiáng)烈，壁面溫度較高，因此采用高效換熱腔對其進(jìn)行分段式強(qiáng)迫對流冷卻?？紤]到爆震燃燒室的壁面溫度分布，采用普通換熱腔對爆震燃燒室的其它熱端部件進(jìn)行強(qiáng)迫對流冷卻。本發(fā)明能夠顯著降低爆震燃燒室熱端部件、Shchelkin螺旋增爆障礙物的溫度，延長其使用壽命，同時(shí)能夠避免因燃燒室壁溫過高造成的連續(xù)燃燒現(xiàn)象，有效提高爆震燃燒穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及爆震燃燒領(lǐng)域，具體涉及一種適用于脈沖爆震燃燒室的冷卻結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

脈沖爆震燃燒是利用間歇式爆震波產(chǎn)生推力的非穩(wěn)態(tài)燃燒方式。研究表明，爆震燃燒與普通緩燃燃燒相比具有化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈、熱循環(huán)效率高等優(yōu)勢，尤其適用于航空、航天、航海裝置的動(dòng)力來源以及熱噴涂領(lǐng)域。然而，每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都對材料的最高耐受溫度提出了嚴(yán)格限制，超溫容易造成燃料的連續(xù)燃燒，甚至在設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生安全隱患，因此對裝置進(jìn)行有效冷卻至關(guān)重要。目前，關(guān)于脈沖爆震燃燒的冷卻手段尚不充分，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。

隨著工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，未來脈沖爆震燃燒技術(shù)有望應(yīng)用于各能源行業(yè)，同時(shí)高性能的爆震燃燒裝置（例如高頻爆震燃燒）勢必會對壁面溫度提出更嚴(yán)格的限制，而傳統(tǒng)的冷卻方式難以滿足裝置的性能要求，因此亟需高效的冷卻方式降低裝置的壁面溫度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于脈沖爆震燃燒室的冷卻結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種適用于脈沖爆震燃燒室的冷卻結(jié)構(gòu)，包括爆震燃燒室、高效換熱腔和普通換熱腔；

所述爆震燃燒室為一端封閉、另一端開口的密封直圓管，內(nèi)部設(shè)有帶冷卻通道的Shchelkin螺旋增爆障礙物，其作用是降低爆燃向爆震轉(zhuǎn)捩DDT的時(shí)間及距離，所述Shchelkin螺旋增爆障礙物的內(nèi)部冷卻通道用于降低其壁面溫度，所述高效換熱腔共軸焊接在所述爆震燃燒室的外壁面，軸向長度及位置與所述Shchelkin螺旋增爆障礙物相同，用于降低所述爆震燃燒室DDT段的壁面溫度，所述普通換熱腔共軸焊接在所述爆震燃燒室的其余外壁面，用于降低所述爆震燃燒室其余熱端部件的溫度。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述爆震燃燒室的DDT段與所述Shchelkin螺旋增爆障礙物采用澆鑄工藝或增材制造技術(shù)一體制作成型。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述Shchelkin螺旋增爆障礙物外徑等于所述爆震燃燒室的內(nèi)徑，線徑為所述爆震燃燒室內(nèi)徑的0.15-0.25倍，內(nèi)部冷卻通道直徑為1-2毫米，并設(shè)有縱向微型翅片以強(qiáng)化傳熱，同時(shí)提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述Shchelkin螺旋增爆障礙物的首端、尾端與所述爆震燃燒室的內(nèi)壁面無縫連接，且其截面的外部輪廓為方形及扇形構(gòu)成的形狀，為冷卻介質(zhì)供給孔和冷卻介質(zhì)排出孔預(yù)留空間，其余部分截面的外部輪廓形狀為圓形。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述冷卻介質(zhì)供給孔位于遠(yuǎn)離所述爆震燃燒室封閉端的最后一段所述高效換熱腔中，且靠近所述冷卻介質(zhì)入口一側(cè)，所述冷卻介質(zhì)排出孔位于靠近所述爆震燃燒室封閉端的第一段所述高效換熱腔中，且靠近所述冷卻介質(zhì)出口一側(cè)，確保新鮮冷卻介質(zhì)可穩(wěn)定供給至所述Shchelkin螺旋增爆障礙物內(nèi)部并排出。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述高效換熱腔內(nèi)設(shè)有環(huán)形翅片與縱向翅片構(gòu)成的組合式翅片，用于增加對流換熱面積，降低所述爆震燃燒室DDT段的壁面溫度。