CN101907304A

CN101907304A - 凹面式溅板喷油雾化装置

Info

Publication number: CN101907304A
Application number: CN2009100862356A
Authority: CN
Inventors: 马文杰; 柳杨; 岳明; 金捷; 杨茂林
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2010-12-08

Abstract

本发明针对航空喷气发动机加力燃烧室和冲压燃烧室提出一种凹面式溅板喷油雾化装置。它具有不同于传统直射式和雾化槽式喷油装置的工作特点。一方面，它可以使燃油沿凹面顺畅的展宽为较薄的油膜，改善雾化效果；另一方面，溅板上的凹面使燃油沿周向和径向都能较好扩展，使燃油在周向和径向的浓度分布都比较均匀，提高燃烧完全性。凹面式溅板喷油雾化装置与火焰稳定器恰当匹配后，可以改善加力和冲压燃烧室的总体性能。

Description

凹面式溅板喷油雾化装置

技术领域

本发明涉及航空喷气发动机的凹面式溅板喷油雾化装置。

背景技术

燃油雾化质量和浓度分布对加力燃烧室和冲压燃烧室的燃烧性能有十分重要的影响。因此，通过改进喷油雾化装置来改善雾化性能和燃油浓度分布成为提高燃烧室性能的一个重要手段。目前，加力和冲压燃烧室中主要采用的是直射式喷嘴和雾化槽式喷嘴，其中直射式喷嘴有多种不同的喷射方式。

直射式喷嘴结构非常简单，即在圆管的封闭端或圆柱壁面上开若干的小孔，也称喷油杆，直射式喷嘴结构示意图如图1所示。

直射式喷嘴的多种不同喷射方式主要包括侧喷、顺喷和逆喷，它们所形成的浓度分布各有特点，直射式喷油杆不同喷油方式及浓度分布示意图如图2所示，图2(a)为侧喷方式，图2(b)为顺喷方式，图2(c)为逆喷方式。

而雾化槽式喷油杆，使得燃油易于沿雾化槽向两侧扩展，有利于燃油浓度在周向分布比较均匀，雾化槽式喷油杆及浓度分布示意图如图3所示。

发明内容

本发明提出一种新的凹面式溅板喷油雾化装置，它主要具有以下特点：

(1)燃油在凹面的引导下，更加顺畅的展为厚度较薄的油膜，有利于空气对其进行二次雾化，改善雾化效果，进而提高燃烧效率。

(2)溅板上的凹面使燃油在周向和径向都得到较好的扩展，有利于燃油在周向和径向的浓度分布都比较均匀，不至于在某一个区域过于集中，使燃油在截面上散布范围较宽，有利于燃烧完全，提高燃烧效率。

附图说明

图1是现有技术的直射式喷嘴结构示意图。

图2(a)-图2(c)是现有技术的直射式喷油杆不同喷油方式及浓度分布示意图。

图3是现有技术的雾化槽式喷油杆及浓度分布示意图。

图4(a)-图4(c)显示了根据本发明的一个实施例的凹面式溅板喷油雾化装置。

图5是显示了根据本发明的一个实施例的凹面式溅板喷油雾化装置及其浓度分布示意图。

具体实施方式

在如4(a)-图4(c)所示的本发明的凹面式溅板喷油雾化装置的实施例中，凹面式溅板喷油雾化装置主要由常规的直射式喷油杆5和带有凹面的溅板7组成；喷油溅板7与喷油孔2大体相对地设置；根据一个具体实施例，喷油溅板7位于与喷油孔2轴线相大体垂直的平面上。

喷油溅板7上与各个喷油孔2相对应位置上，设计有曲面形状的凹面8，凹面8的作用包括两个方面：一是引导燃油射流顺畅地展为厚度较薄的油膜，有利于来流空气在溅板7边缘更好地对燃油进行二次雾化，在相同的工作条件下，进一步减小雾化后燃油颗粒的直径。二是使高速喷出的燃油经过一定的曲线路径到达溅板7的上下边缘，比普通U型槽通过直角翻越路径到达上下边缘所耗费的动能少，因此，相同的工作条件下，燃油浓度分布的径向展宽范围更大，有利于燃油在加力或冲压燃烧室的横截面上浓度分布更加均匀，有利于燃烧完全。

优选地，溅板7上的凹形曲面8具有光滑的表面，其粗糙度被控制在较小的范围内，以保证良好的雾化效果和燃油较宽的散布范围。

在实际应用中，，例如在加力或冲压燃烧室中，喷油雾化装置需要与火焰稳定器配合使用，它所形成的燃油浓度分布必须根据火焰稳定器的类型、几何尺寸、数量及排布情况进行设计。通过调节凹面的曲率、形状和面积等几何参数，可以获得合适的燃油浓度分布，从而获得与稳定器的较优匹配，进而实现燃烧室较优的燃烧性能。

实际工作中，溅板7后会形成一个低速回流区域，喷孔2与溅板7的距离对此区域内的流动状态有一定影响，而且低速区域内的气流与燃油存在相互作用，通过调整喷孔2与溅板7的距离，可以调整低速区域的流场，从而达到有利于燃油的雾化和扩展的效果。

在不脱离本发明的构思的前提下，可以根据具体的情况对在此描述的本发明实施例进行变形和修正。例如，可以改变喷油孔的分布稠度以及凹面面积的大小，和/或可以根据喷油杆在燃烧室中的实际布置而把整个喷油杆组件设计为环状或其他的形状。

现在结合图4(a)至4(c)描述本发明的喷油雾化装置的工作过程：

首先，燃油射流由喷油孔2高速喷出，撞击到溅板7的凹面8上，部分碎裂为小液滴，而另一部分沿着凹形曲面8展为曲面型油膜，曲面型油膜运动至溅板7上下边缘时，在迎面而来的空气流作用下失稳、破碎，经过这两个过程，主要雾化过程基本完成。这种雾化装置的雾化浓度场分布特点示意图如图5所示。

如图5所示，由于每一个喷油孔2的燃油射流4撞击至光滑的曲面凹面8后其动能损耗较少，因此油膜沿曲面较为顺畅地展为范围较大的、近似圆形的浓度分布区域，而且可以通过调节喷油孔间距，使多个喷油孔各自形成的圆形浓度区域存在适当的搭接和重叠，从而使这种喷油雾化装置在周向和径向都有较均匀的浓度分布。

本发明的优越性包括：

(1)由于高速喷出的燃油在光滑的凹形曲面8的引导下其损耗的动能较少，因而更加顺畅的展为厚度较薄、表面积较大的油膜，有利于空气对其进行二次雾化，改善雾化效果，进而提高燃烧的完全性。

(2)溅板7上的凹形曲面8能够引导燃油射流沿曲面向四周展宽为表面积较大的油膜，使燃油在燃烧室截面的周向和径向都得到较好的扩展，有利于燃油在周向和径向的浓度分布都比较均匀，不至于在某一个区域过于集中，使燃油在截面上散布范围宽，有利于燃烧完全，提高燃烧效率。

(3)可以通过调节凹面的曲率、形状和面积等几何参数，而获得合适的燃油浓度分布，从而获得与稳定器的较优匹配，进而实现燃烧室较优的燃烧性能。由此，设计上的灵活性和可调整性得到了提高。

附图标号说明：

1、直射式喷油杆壁面 2、喷油孔 3、气流

4、燃油射流 5、直射式喷油杆 6、端部堵头

7、溅板 8、曲面凹面

Claims

1.凹面式溅板喷油雾化装置，其特征在于包括：

一个直射式喷油杆(5)，所述喷油杆(5)具有至少一个喷油孔(2)

与所述喷油孔(2)大体相对地设置的溅板(7)，且所述溅板(7)与所述喷油孔(2)相对的部分上具有凹面部分(8)。

2.如权利要求1所述的凹面式溅板喷油雾化装置，其特征在于：

所述凹面部分(8)具有光滑的表面，从而保证良好的雾化效果和燃油较宽的散布范围。

3.如权利要求1所述的凹面式溅板喷油雾化装置，其特征在于：

所述溅板(7)位于与所述喷油孔(2)的轴线大体垂直的平面上。

4.如权利要求1所述的凹面式溅板喷油雾化装置，其特征在于：

所述喷油杆(5)具有多个喷油孔(2)，

所述溅板(7)包括与所述多个喷油孔(2)分别对应的多个凹面部分(8)。

5.如权利要求1-4中任何一项所述的凹面式溅板喷油雾化装置，其特征在于：

所述溅板(7)位于所述喷油杆(5)和来流气流(3)之间的位置。

6.如权利要求1-4中任何一项所述的凹面式溅板喷油雾化装置，其特征在于：

所述凹面部分(8)的曲率、形状和面积与所需的燃油浓度分布相对应。

7.如权利要求1-4中任何一项所述的凹面式溅板喷油雾化装置，其特征在于：

所述溅板(7)与所述喷油孔(2)的距离可以调整低速区域的流场，从而达到有利于燃油的雾化和扩展的效果。

8.如权利要求4所述的凹面式溅板喷油雾化装置，其特征在于：

所述喷油孔(2)的分布稠度可以得到调整从而达到有利于燃油获得恰当浓度分布的效果。

9.如权利要求4或8所述的凹面式溅板喷油雾化装置，其特征在于：

所述喷油杆(5)为环状喷油杆(5)。