CN108204602B - 一种带有驻涡结构的v形稳焰器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有驻涡结构的V形稳焰器，应用于航空发动机加力燃烧室的火焰稳定，用以拓宽加力燃烧室的稳定工作边界，提高加力燃烧室可靠性。本发明的带有驻涡结构的V形稳焰器在结构上包括近尾缘处带有开缝的V形槽以及安装于近V形槽尾缘处的驻涡支板和驻涡尾板。其中：V形槽侧壁和驻涡支板、驻涡尾板共同形成驻涡腔，穿过开缝的气流进入驻涡腔，产生驻涡。通过V形槽尾缘的驻涡结构，即使在工况变化剧烈、极不利于稳燃的情况下，也能在V形稳焰器尾缘位置产生驻涡，保持稳燃区的稳定，有效拓展燃烧室的稳燃边界。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧领域，涉及一种稳焰器，是一种拓宽燃烧稳燃边界、增强加力燃烧室可靠性的装置，具体来说是一种应用于加力燃烧室带有驻涡结构的V形稳焰器。
背景技术
加力燃烧室常用于飞机飞行时的紧急状况，用于提升动力，因此加力燃烧室可靠性的提升，对于提高发动机整机性能有着重要意义。而火焰稳定对于燃气轮机加力燃烧室的可靠性又有着至关重要的影响。火焰稳定的速度匹配理论认为，火焰只有在来流气流速度和火焰向上游的传播速度相匹配时，才能够稳定。火焰稳定的时间匹配理论认为，在燃烧反应发生的关键区域，燃料在该区域的停留时间和触发反应所必需的最短时间相匹配时，燃烧才能维持稳定。考虑到现实条件下燃烧室内气体流动速度一般大于火焰传播速度，结合上述稳燃理论，认为火焰在燃烧室内稳燃的必要条件是产生一个或多个气流速度较低的区域。相对低速区域的产生，在加力燃烧室中一般是通过增加钝体稳燃结构实现的。
V形槽稳焰器目前广泛应用于航空发动机加力燃烧室的火焰稳定。现有传统的V形槽稳焰器主要由两个侧壁组成，V形槽稳焰器的前缘正对来流方向，当气流流过V形槽稳焰器，会在稳定器后方形成低压区，在下游和该低压区之间存在压差，强迫气体回流，形成回流区。在回流和来流之间，存在能够和当地火焰传播速度相匹配的区域，即为稳燃区。传统的V形槽稳焰器的不足之处在于，稳燃区不够强壮，当工况发生异常变化或者燃料供给不足时，火焰稳定位置会发生较大的变化，而这会导致某一瞬间脱离稳燃区的火焰累积而导致最终全局性的熄火。
发明内容
针对传统钝体稳燃器的缺点和不足，本发明提供了一种带有驻涡结构的V形稳焰器，通过驻涡结构，即使在工况变化剧烈、极不利于稳燃的情况下，也能在V形稳焰器尾缘位置产生驻涡，保持稳燃区的稳定，有效拓展燃烧室的稳燃边界。
为实现上述技术目的，本发明的带有驻涡结构的V形稳焰器主要通过以下技术方案实现：
一种带有驻涡结构的V形稳焰器，包括上下两个倾斜设置的V形槽侧壁，V形槽的尖端前缘正对来流气体方向，其特征在于，
靠近上下两个所述V形槽侧壁的尾缘处的壁面上分别对应设有若干沿其长度方向延伸并间隔布置的开缝，各所述开缝相对于其所在的壁面具有一定倾斜度，使得所述开缝的进口方向大致朝向来流气体方向，上下两个所述V形槽侧壁的内壁上分别设有驻涡支板和驻涡尾板，所述驻涡支板的前端与V形槽侧壁相连，且二者的连接处较之临近的所述开缝至少更靠近所述V形槽的前缘，并且所述驻涡支板基本与所述稳燃器的轴向平行，所述驻涡尾板倾斜设置在驻涡支板的后端，所述驻涡尾板与其所在的侧壁基本平行布置，二者之间具有一定间距，所述驻涡尾板的后端边缘与所述V形槽侧壁的尾缘平齐，所述V形槽侧壁与驻涡支板和驻涡尾板之间的空间形成驻涡腔，穿过所述开缝的气流进入所述驻涡腔，产生驻涡。
优选地，所述V形槽侧壁上的开缝位置与所述V形槽侧壁的尾缘的径向距离d1为所述V形槽侧壁宽度W的1/30～1/6。
优选地，所述V形槽侧壁上的开缝高度h2为V形槽侧壁壁厚h1的0.5～2倍。
优选地，所述V形槽侧壁上均匀间隔开设有2～8条开缝。
优选地，所述V形槽侧壁上的开缝沿周向均布。
优选地，所述V形槽侧壁上的开缝弧度Δ1为1/4π～1/2π。
优选地，所述V形槽侧壁上的开缝轴向间隔弧度Δ2为1/20π～1/4π。
优选地，所述驻涡支板安装位置与V形槽侧壁上的开缝沿V形槽壁面之间的距离d2为所述V形槽侧壁宽度W的1/10～1/6。
优选地，所述驻涡支板宽度w为V形槽侧壁宽度W的1/10～1/5。
优选地，所述驻涡尾板与驻涡支板之间的夹角δ为90°～120°。
本发明的带有驻涡结构的V形稳焰器相比传统V形槽稳焰器具有显著的技术效果，通过合理布置V形槽上开缝的位置和宽度以及驻涡支板和尾板的大小和安装角度,确保通过V形槽开缝的气流能够保持一定刚度，驻涡腔底部气流相对流速缓慢，穿缝气流和驻涡腔底部气流在空气粘性力下相互作用，形成稳定的驻涡，确保驻涡腔内存在有能够和火焰传播速度匹配的区域，形成稳定的稳燃区。由于驻涡的产生主要依赖于所述稳定器结构设计，不易受来流变化的干扰，因此当来流工况发生剧烈变化时，在所述稳定器尾缘驻涡驻涡腔内与火焰传播速度相匹配的低速区仍能稳定存在，有效拓宽了燃烧室的稳燃边界。
附图说明
图1为本发明的带有驻涡结构的V形稳焰器的局部剖视图；
图2为本发明的带有驻涡结构的V形稳焰器的横截面示意图；
图3为带有驻涡结构的V形稳焰器的横截面中各部分的尺寸示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”等，仅是参考附图的方向。
如图1～3所示，本发明的带有驻涡结构的V形稳焰器，用以拓宽加力燃烧室的贫熄边界，提升加力燃烧室运行的可靠性。本发明的带有驻涡结构的V形稳焰器整体呈环状结构，包括上下两个倾斜设置的V形槽侧壁1，V形槽的尖端前缘正对来流方向，靠近上下两个V形槽侧壁1的尾缘处的壁面上分别对应设有若干沿其长度方向延伸的开缝4，如图1所示，在上下两个倾斜侧壁1的壁面上沿周向分别均匀对应设有5条开缝4，以保证所述V形槽结构的稳定性，每个开缝4相对于其所在的壁面具有一定倾斜度，使得开缝4的进口方向大致朝向来流气体。V形槽的上下两个倾斜侧壁1的内壁上分别设有驻涡支板2和驻涡尾板3，其中，驻涡支板2的前端与V形槽侧壁1相连，且二者的连接处较之其所临近的开缝4至少更靠近V形槽的前缘，驻涡尾板3倾斜设置在驻涡支板2的后端，驻涡尾板3与其所在的侧壁基本平行布置，二者之间具有一定间距，驻涡尾板3的后端边缘与V形槽侧壁1的尾缘平齐，V形槽侧壁1与驻涡支板2和驻涡尾板3之间的空间形成驻涡腔5。
本发明的带有驻涡结构的V形稳焰器，其工作原理为：
当上游的来流空气遇到V形稳焰器时，来流空气受到V形槽侧壁1阻挡，发生绕流，由于V形槽侧壁1壁面存在开缝4，来流空气穿过开缝4进入驻涡腔5，驻涡腔5底部滞留空气流速缓慢，在空气粘性力的作用下，上部流速较大空气和底部流速较慢空气共同作用形成稳定的驻涡。驻涡内存在与火焰传播速度相匹配的速度区。当来流工况发生变化时，尽管火焰传播速度和来流速度都会发生变化，但是在所述驻涡结构下，驻涡腔5上部穿过开缝4流入的气流和下部滞留的气流仍然会在空气粘性力作用下形成驻涡，从而保障即使在火焰传播速度远小于来流速度的情况下，在驻涡腔5内仍然存在能与火焰传播速度相匹配的速度区，从而稳定火焰。
优选地，为保证V形稳焰器的结构强度，V形槽侧壁1、驻涡支板2和驻涡尾板3的壁厚h1为2mm。
优选地，为保证驻涡腔5内形成稳定的驻涡，V形槽侧壁1上的开缝4与V形槽侧壁1的尾缘距离d1为V形槽侧壁宽度W的1/8，V形槽侧壁1上的开缝4的宽度h2等于V形槽侧壁1的壁厚h1，且各V形槽侧壁上的开缝4的弧度Δ1为1/3π，相邻两开缝4之间的间隔弧度Δ2为1/15π，驻涡支板2的宽度w等于V形槽侧壁1宽度W的2/5。
优选地，驻涡尾板3与驻涡支板2之间的夹角δ为120°。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种带有驻涡结构的V形稳焰器，包括上下两个倾斜设置的V形槽侧壁，V形槽的尖端前缘正对来流气体方向，其特征在于，
靠近上下两个所述V形槽侧壁的尾缘处的壁面上分别对应设有若干沿其长度方向延伸并间隔布置的开缝，各所述开缝相对于其所在的壁面具有一定倾斜度，使得所述开缝的进口方向大致朝向来流气体方向，
上下两个所述V形槽侧壁的内壁上分别设有驻涡支板和驻涡尾板，所述驻涡支板的前端与V形槽侧壁相连，且二者的连接处较之临近的所述开缝至少更靠近所述V形槽的前缘，并且所述驻涡支板基本与所述V形稳焰器的轴向平行，所述驻涡尾板倾斜设置在驻涡支板的后端，所述驻涡尾板与其所在的侧壁基本平行布置，二者之间具有一定间距，所述驻涡尾板的后端边缘与所述V形槽侧壁的尾缘平齐，所述V形槽侧壁与驻涡支板和驻涡尾板之间的空间形成驻涡腔，穿过所述开缝的气流进入所述驻涡腔，产生驻涡。
2.根据权利要求1所述的带有驻涡结构的V形稳焰器，其特征在于，所述V形稳焰器整体呈环状。
3.根据权利要求1所述的带有驻涡结构的V形稳焰器，其特征在于，所述V形槽侧壁上的开缝位置与所述V形槽侧壁的尾缘的径向距离d1为所述V形槽侧壁宽度W的1/30～1/6；所述V形槽侧壁上的开缝高度h2为V形槽侧壁壁厚h1的0.5～2倍；所述V形槽侧壁上的开缝弧度Δ1为1/4π～1/2π；所述V形槽侧壁上的开缝轴向间隔弧度Δ2为1/20π～1/4π。
4.根据权利要求1所述的带有驻涡结构的V形稳焰器，其特征在于，所述V形槽侧壁上沿周向均匀间隔开设有2～8条开缝。
5.根据权利要求1所述的带有驻涡结构的V形稳焰器，其特征在于，所述驻涡支板安装位置与V形槽侧壁上的开缝沿V形槽壁面之间的距离d2为所述V形槽侧壁宽度W的1/10～1/6；所述驻涡支板宽度w为V形槽侧壁宽度W的1/10～1/5。
6.根据权利要求1所述的带有驻涡结构的V形稳焰器，其特征在于，所述驻涡尾板与驻涡支板之间的夹角δ为90°～120°。
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