CN105444206A - 微型发动机燃烧室肋片式蒸发管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微型发动机燃烧室肋片式蒸发管，其内部设置多个肋片结构。肋片结构分为两种形式：圆孔型和“8”字孔型。蒸发管内部增加的肋片结构，能够增大内壁面的表面积，燃油混气与蒸发管的接触面积增加，换热效果加强。并且，肋片结构在一定程度上能够降低燃油混气的流速，从而达到提高燃油混气在蒸发管内的停留时间，换热效果加强。圆孔型肋片，对气流速度的降低有较大作用，增加气流在蒸发管的停留时间较长，“8”字型肋片，对蒸发管内壁面面积增加较大，两种肋片均有其益处，同一蒸发管可以同时结合两种肋片进行内部设置，从而达到最佳的雾化蒸发效果。良好的燃油雾化蒸发效果，能够提高燃烧性能。
Description
技术领域
本发明属于微型发动机燃烧室领域，具体涉及一种新型蒸发管设计并能有效改善燃烧室内燃油雾化蒸发效果，从而提高微型燃烧室内的燃烧效率。
背景技术
近年来，微型动力系统已成为国内研究热点，微型发动机也成为最有前途的动力之一，它具有体积小、重量轻、输出能量大、密度高等优点。美国国防部预研计划局的小尺寸动力系统计划中，重点支持推力在0.1到100N之间的微型涡轮发动机的相关研究技术；日本正在研制功率为100W的微型涡轮发动机；中国台湾和国内的南京航空航天大学、北京航空航天等单位也相继对这部分进行研究。
微型燃烧室的设计直接影响微型发动机的性能好坏。与常规尺度燃烧室相比，此种燃烧室具有特征尺寸小和面容比大的特点，致使气流停留时间段、散热损失大，从而导致燃烧不稳定现象的出现。在厘米级燃烧室研究方面，美国处于领先地位，而国内的研究相对较为少，国内外虽然开展了微型燃烧室的相关研究工作，但对于微型燃烧室的流动特征和性能的研究较少，具有较大前景。
新一代微型发动机采用的燃烧室主要有两种：直流环形燃烧室和回流环形燃烧室。两者对比分析，高性能微型发动机采用直流环形燃烧室是主流发展方向。这种微型直流环形燃烧室受到空间布局的限制，在燃油雾化、蒸发方面一般采用结构简单、供油压力低的蒸发管供油。液体燃料经过蒸发管时，逐渐蒸发为气态，在燃烧之前和蒸发管里面的空气已经初步掺混，这样缩短了气流在燃烧室滞留的时间，并且能够较好的燃烧，采用此种方式供油方式可以在较短的燃烧停留时间条件下获得较高的燃烧性能。
想要获得高性能的燃烧室性能，微型燃烧室内的蒸发管的设计至关重要。不同结构形式的蒸发管，燃油雾化蒸发的效果不一样，大部分微型燃烧室采用的蒸发管为直筒、T或者L型结构形式，能够一定程度的提高燃烧效率，但效果较差，这方面的研究还有待提高，蒸发管结构设计具有研究前景，良好的蒸发管结构设计对燃烧室性能提高有很大促进作用
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种能够增强微型燃烧室内燃油蒸发雾化效果的蒸发管结构设计方案。本技术采用蒸发管内置肋片，优点：增加燃油在蒸发管内停留时间，增大内壁面表面积，增加壁面与混气的换热。
技术方案
本发明的目的在于提供一种微型发动机燃烧室肋片式蒸发管。
本发明技术方案如下：
微型发动机燃烧室肋片式蒸发管，内置多个肋片。对于厘米级的蒸发管，壁面厚度为1～2mm，直径为5～10mm，长度为4～10cm。
所述蒸发管内置肋片，其特征在于：在蒸发管内按轴向方向设置多个肋片结构。肋片结构分为圆孔型和“8”字孔型。
所述圆孔型肋片结构，其特征在于：分中心大圆和周边小圆结构。中心大圆直径尺寸为蒸发管直径的一半为2.5mm～5mm；周边小圆，直径尺寸设置为0.5～2mm之间，绕中心圆形分布，分布数量为15-40个，具体的圆孔直径和数量应根据蒸发管的直径设计。
所述“8”字孔型肋片结构，其特征在于：分中心大圆和周边小圆结构。中心大圆直径尺寸为蒸发管直径的一半为2.5mm～5mm；周边的“8”字孔型分上下两个圆，两个圆直径设计可以采用等直径设计，直径尺寸为1-2mm，绕中心圆形分布，分布数量为10-20个，具体的尺寸和数量根据蒸发管的实际尺寸设计。
所述肋片结构在轴向方向分布特征为：沿蒸发管轴向方向进行线性分布，数量为10-40个，具体的数量根据蒸发管长度确定。同时，不同位置所采用的肋片结构可以不同，将两种蒸发管结合使用，能达到更优异的雾化蒸发效果。
本发明具有以下有益效果：
在微型发动机燃烧室内采用肋片式蒸发管，与普通蒸发管不同，蒸发管内增加肋片结构，增加了气流在蒸发管内停留的时间，让其有充分的时间与蒸发管内空气进行蒸发预混，同时，肋片结构增加了内壁面面积，增加燃气与蒸发管壁面的接触面积，换热增强，对燃油的雾化蒸发有加强效果，拥有肋片的蒸发管，能够更好的提高流经蒸发管的燃油的雾化蒸发效果，良好的燃油雾化，对燃烧室性能的提高有很大帮助。
附图说明
图1：肋片式蒸发管整体三维图
图2：肋片式蒸发管进口局部放大图
图3：(1)为单个圆孔型肋片示意图，(2)“8”字孔型示意图
图4：肋片式蒸发管进口轴向剖面示意图
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
结合图1、图3、图4，本发明提供了一种新的可以有效增强换热和提高燃油蒸发雾化的微型发动机燃烧室肋片式蒸发管。图3为蒸发管单个肋片结构截面示意图，图4为沿轴向方向的剖面示意图。
具体过程：外界气流经肋片式蒸发管进口并随着喷射的燃油共同进入蒸发管内，蒸发管具有肋片结构(图3)，燃油和气体混合共同撞击管内肋片，增加两者的掺混，同时能使气流和燃油的速度减慢，使两者在蒸发管的停留时间增加，并且，肋片结构的增加，使蒸发管内壁面面积增加，从而使混气与蒸发管壁面的接触面积增大，气流与蒸发管壁面的换热得以增强。图3所示不同结构的肋片，对燃油雾化的效果不同，采用圆孔型肋片，燃油混气停留时间更长，采用“8”字型孔肋片，燃油混气与壁面的接触面积更大，两者均能对燃油雾化蒸发取得良好的效果。这些结构的改变对蒸发管内的燃油蒸发雾化起促进作用，使蒸发管出口得到雾化良好的燃油预混气。
预混的混气经蒸发管出口进入火焰筒内部，由于在蒸发管内已经混合蒸发的很充分，在蒸发管出口能够更好更充分的燃烧，从而达到提高燃烧效率，也对燃烧室性能有很大提高，发动机性能也能够进一步提高。
Claims (4)
1.微型发动机燃烧室肋片式蒸发管，蒸发管内部设置多个肋片结构，其特性在于：圆孔型肋片和“8”字型肋片。
2.根据权利要求1所述圆孔型肋片结构，其特征在于：分中心大圆和周边小圆结构。中心大圆直径尺寸为蒸发管直径的一半为2.5mm～5mm；周边小圆，直径尺寸设置为0.5～2mm之间，绕中心圆形分布，分布数量为15-40个，具体的圆孔直径和数量应根据蒸发管的直径设计。
3.根据权利要求1所述“8”字孔型肋片结构，其特征在于：分中心大圆和周边小圆结构。中心大圆直径尺寸为蒸发管直径的一半为2.5mm～5mm；周边的“8”字孔型分上下两个圆，两个圆直径设计可以采用等直径设计，直径尺寸为1-2mm，绕中心圆形分布，分布数量为10-20个，具体的尺寸和数量根据蒸发管的实际尺寸设计。
4.根据权利要求1至3所述肋片式蒸发管，轴向方向特征在于：沿蒸发管轴向方向进行线性分布，数量为10-40个，具体的数量根据蒸发管长度确定。
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